DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA...
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA
TIERRA Y LA CONSTRUCCIÓN
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
AUTOR: CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
TEMA: “METODOLOGÍA DE DISEÑO DE MICROPAVIMENTO DE BAJO COSTO PARA SUELO TIPO LIMO ORGÁNICO ARENOSO (OL)”
DIRECTOR: ING. MSC. FRANCO ROJAS RUALES
CODIRECTOR: ING. MSC. PATRICIO ROMERO FLORES
SANGOLQUÍ, FEBRERO 2014
II
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue realizado en su totalidad por el Sr.
CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE, como requerimiento parcial a la
obtención del título de INGENIERO CIVIL.
Sangolquí, 3 de Febrero de 2014
FECHA
____________________________ _____________________________
ING. FRANCO H. ROJAS RUALES ING. PATRICIO ROMERO FLORES
Director de Tesis Codirector de Tesis
REVISADO POR
_____________________________
ING. PATRICIO ROMERO FLORES
Director de La Carrera de Ingeniería Civil
III
DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD
CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
Declaro que:
El proyecto de grado denominado “METODOLOGÍA DE DISEÑO DE
MICROPAVIMENTO DE BAJO COSTO PARA SUELO TIPO LIMO
ORGÁNICO ARENOSO (OL)”, ha sido desarrollado en base a una
investigación adecuada, respetando derechos intelectuales de terceros,
conforme las citas que constan en cada página correspondiente, cuyas
fuentes se incorporan en la bibliografía.
Consecuentemente este trabajo es de mi autoría.
En virtud de esta declaración, me responsabilizo del contenido, veracidad y
alcance científico del proyecto de grado en mención parcial a la obtención del
título de Ingeniero Civil.
Sangolquí, 3 de Febrero de 2014
_____________________________
CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
IV
AUTORIZACIÓN
YO, CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
Autorizo a la Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE la publicación, en
la biblioteca virtual de la Institución, del trabajo “METODOLOGÍA DE DISEÑO
DE MICROPAVIMENTO DE BAJO COSTO PARA SUELO TIPO LIMO
ORGÁNICO ARENOSO (OL)”, cuyo contenido, ideas y criterios son de mi
autoría y responsabilidad.
3 de Febrero de 2014
FECHA
________________________________
CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
V
DEDICATORIA
Dedico mi proyecto de tesis con mucho cariño a mis padres César y Dora, ya
que ellos son los seres que me dieron la vida y gracias a ellos soy profesional.
A mis hermanos Henry y Leonardo quienes han sido más que mis hermanos,
mis mejores amigos y siempre me han respaldado. A mi novia María José por
ser la persona con la que he compartido mi vida universitaria, ha sido mi
respaldo día a día y me ha ayudado siempre incondicionalmente. Y por
supuesto a toda mi familia que estoy completamente feliz por tenerlos a mi
lado.
CESAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
VI
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecerle primero a mi Dios, ya que él ha sido mi fortaleza para
seguir adelante en todos estos años de estudio universitario, porque siempre
ha estado dándome su bendición.
A mis padres Dora Elizalde Rivera y César Giovani Vinueza Barrera que los
amo, primero quiero agradecerles por haberme dado la vida y darme la
oportunidad de estar aquí, ya que ellos han hecho un esfuerzo muy grande
para darme el estudio, aunque por cuestiones de trabajo no hemos podido
estar juntos, pero siempre se han dado modos para estar pendientes de
nosotros, sobre todo han estado en las buenas y en las malas apoyándome
incondicionalmente en toda mi vida, y gracias a Dios me han sabido guiar por
un buen camino.
A mis hermanos Henry Alexander Vinueza Elizalde y Leonardo Paul Vinueza
Elizalde que hemos compartido momentos únicos de hermanos y me han
sabido ayudar y apoyar a lo largo de mi vida, gracias por ser esos compañeros
y amigos con los que siempre he contado.
Al amor de mi vida María José Patiño que la amo y la respeto, siempre ha
estado apoyándome en todo, se ha convertido en mi compañera sentimental
con la que hemos compartido muchas cosas hermosas y una de ellas es la
universidad.
VII
A mi Director y Coodirector de tesis Franco Rojas y Patricio Romero, por
ayudarme a que ésta tesis sea un éxito, por sus enseñanzas a lo largo de mi
carrera universitaria, y por sus consejos que me supieron brindar cuando lo
necesité.
A mis tías Cecilia Elizalde y a Mayra Elizalde, que han sido como mis
hermanas, y toda la vida han estado apoyándome, aunque desde lejos pero
siempre se han preocupado y me han dado consejos muy valiosos.
A mis tíos Dioselina Vinueza, Wilfrido Elizalde, Irene Vinueza, Guillermo
Morillo y Juana Elizalde que siempre han sido como unos padres para mí, ya
que ellos siempre me han hecho sentir ése calor de hogar con su cariño, por
todo lo que hemos compartido.
A mi abuelito Gonzalo Vinueza ya que él ha sido otro padre para mí que con
sus consejos, sus vivencias ha sabido guiarme de la mejor manera.
A toda la familia Patiño Peralta, ya que todos han sido muy buenos conmigo,
me han hecho sentir un miembro más de la familia, sus consejos, sus
preocupaciones y por su apoyo.
De una manera muy especial agradezco a todos mis profesores
especialmente a los Ingenieros: Roberto Aguiar, Ricardo Durán, Jorge Zuñiga,
Martha Pazmiño, Estuardo Peñaherrera, Washington Sandoval y Blanquita
Chávez que han sido mi fuente de aprendizaje, mis amigos, que a través de
su exigencia, he aprendido la parte profesional y de lo importante que significa
ser un buen Ingeniero Civil y especialmente una excelente persona.
VIII
A todos mis amigos, compañeros, que hemos compartido muchos momentos
sensacionales, estudios, risas y me han hecho una mejor persona.
A la empresa BREM y EMULDEC, con su personal administrativo,
especialmente al Ing. Patricio Burbano y al Ing. Patricio Chan, por haberme
dado la oportunidad de realizar los ensayos para el Diseño del
Micropavimento, y por todo el apoyo brindado.
CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
IX
HOJA DE LEGALIZACIÓN DE FIRMAS
ELABORADO POR
CÉSAR ANTONIO VINUEZA ELIZALDE
DIRECTOR DE LA CARRERA DE
____________________
Ing. Patricio Romero
DIRECTOR DE LA UNIDAD DE ADMISIÓN Y REGISTRO
___________________
Ing. Fanny Cevallos
Lugar y fecha: Sangolquí, Febrero de 2014
X
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CARÁTULA..………………………………………………….………………..…. I
CERTIFICACIÓN...…………………………………………………………..…... II
DECLARACIÓN……….……………………………………………………..….. III
AUTORIZACIÓN……………………………………………………………....... IV
DEDICATORIA………………………………………...……………………..….. V
AGRADECIMIENTO………………………………..…………………..…….… VI
HOJA DE LEGALIZACIÓN………………………………………………..…... IX
ÍNDICE DE CONTENIDOS…………………….…………………………..….... X
ÍNDICE DE TABLAS…….……………………………………………..……. XVIII
ÍNDICE DE FIGURAS…..……………………………………………………. XXII
RESUMEN………………………………………………………………..….. XXXV
ABSTRACT……………………………………………………………..…... XXXVI
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN……………………………………………..…. 1
1.1 ANTECEDENTES………………………………………………..….. 1
1.2 ÁREA DE INFLUENCIA…………………………………………..…. 3
1.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO…………………………………...... 3
1.3.1 Objetivo General………………………………...……..…. 3
1.3.2 Objetivos Específicos…………………………….....….... 3
1.4 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DEL PROBLEMA A
RESOLVER……………………………………………..………........ 4
CAPÍTULO II: GENERALIDADES…………………………………………...… 6
2.1 SUELO…………………………………………………………....…... 6
XI
2.2 LIMO……………………………………………………………......…. 6
2.3. ARENA……………………………………………………………..… 7
2.4 CEMENTO……………………………………………………............ 8
2.5 CAL……………………………………………………………….……. 9
2.6 ÓRGANO-SILANOS………………………………………….…..… 10
2.7 ASFALTO………………………………………………………...….. 11
2.7.1 Tipos de Asfalto………………………………………..…. 12
2.7.1.1 Asfaltos Oxidados o Soplados……………..…. 12
2.7.1.2 Asfáltos Sólidos o Duros………………….....… 13
2.7.1.3 Fluxante o Aceite Fluxante……………...…….. 13
2.7.1.4 Asfaltos Fillerizados……………………...…….. 14
2.7.1.5 Asfaltos Líquidos…………………………..…… 14
2.7.1.6 Asfaltos Emulsificados…………………..…….. 15
2.7.1.6.1 Emulsiones Asfálticas…………..…… 15
2.7.1.6.2 Emulsión Asfáltica Inversa……..…… 18
2.8 MICROPAVIMENTO…………………………………………..…… 18
2.8.1 Tipos de Micropavimentos de acuerdo a la Gradación del
agregado………….………………………………………..……. 19
2.9 ENSAYOS PARA SUELOS…………………………………..….... 20
2.9.1 Granulometría (ASTM D-2487)…………………….....… 20
2.9.2 Humedad Natural (ASTM D-2216)………………..……. 26
2.9.3 Índice de Plasticidad (ASTM D-4318)……………..…… 28
XII
2.9.4 Límite Líquido LL (ASTM D-4318)………………..…….. 29
2.9.5 Límite Plástico LP (ASTM D-4318)…………………..…. 30
2.9.6 Relación de Peso Unitario – Humedad en los Suelos
(ASTM D-422)…………..………………………………..……… 32
2.9.7 Ensayo de California Bearing Ratio CBR
(ASTM D-1883)………………..……………………..…………. 35
2.10 ENSAYOS PARA MICROPAVIMENTOS……………..……….. 38
2.10.1 Azul de Metileno (ISSA TB-145)……………..……….. 38
2.10.2 Ensayo de la Rueda Cargada (ISSA TB-109)…..…… 39
2.10.3 Ensayo de Abrasión en Húmedo (ISSA TB-100)….... 40
2.10.4 Ensayo de Cohesión (ISSA TB-139)……………..…... 41
2.10.5 Ensayo de Consistencia con el Cono
(ISSA TB-106)…………………………………………………… 43
CAPÍTULO III: ENSAYOS EN LIMOS ARENOSOS………..……………… 45
3.1 Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM D-136)…..…...… 45
3.2 Equivalente de Arena (ASTM D-2419)……………………..……. 47
3.3 Ensayos de Estabilización en Suelo Natural……………..……... 48
3.3.1 Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para
suelo de tipo Limo Arenoso en Estado Natural……..…..…… 48
3.3.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)…..……. 51
3.3.3 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)………………...…...… 53
3.3.4 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)…….... 57
XIII
3.3.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)………………………………...……..……….. 58
3.4 Estabilización del Suelo con Cemento………………...…………. 59
3.4.1 Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para
suelo de tipo Limo Arenoso Mezclado con el porcentaje
óptimo de Cemento………………………………..…….……... 60
3.4.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)…..……. 62
3.4.3 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)………………..…...… 64
3.4.4 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)…..…. 68
3.4.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)……………………..………………..……….. 70
3.5 Estabilización del Suelo con Cal…………………………..……... 72
3.5.1 Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para
suelo de tipo Limo Arenoso Mezclado con el porcentaje
óptimo de Cal………………………………………..…….......... 72
3.5.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)……..…. 75
3.5.3 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)………………….....… 77
3.5.4 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)…..…. 81
3.5.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)…………………………………………...….. 82
3.6 Estabilización del Suelo con Emulsión Asfaltica….………..….... 85
XIV
3.6.1 Ensayos de Porcentaje de Agua de la Emulsión
Asfáltica.................................................................................. 85
3.6.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)……..…. 87
3.6.3 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)….….. 89
3.6.4 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)………………..………………………...…….. 91
3.7 Estabilización del Suelo con Organo-silanos...……………..…... 93
3.7.1 Próctor Modificado en Suelo Natural (ASTM D-422)…. 94
3.7.2 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)……………………..… 96
3.7.3 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)…..….100
3.7.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)…………..……………………………..……. 102
3.8 Comparación de Relación Soporte California CBR……..…….. 104
CAPÍTULO IV: ENSAYOS EN LIMO ORGÁNICO ARENOSO…..……… 106
4.1 Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM D-136)…..…..... 106
4.2 Equivalente de Arena (ASTM D-2419)…………………….....… 108
4.3 Ensayos de Estabilización en Suelo Natural…………….....….. 109
4.3.1 Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para
suelo de tipo Limo Orgánico Arenoso en Estado Natural.... 109
4.3.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)…..…... 111
4.3.3 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)…………………....... 113
4.3.4 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)….… 117
XV
4.3.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)……………………….……………..………. 118
4.4 Estabilización del Suelo con Cemento…………………….....… 120
4.4.1 Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para
suelo de tipo Limo Orgánico Arenoso Mezclado con el
porcentaje óptimo de Cemento…………………………….... 120
4.4.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)…….… 123
4.4.3 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)………………..…..... 125
4.4.4 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)….… 129
4.4.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)………………….……………………...……. 132
4.5 Estabilización del Suelo con Cal………………………..……..... 135
4.5.1 Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para
suelo de tipo Limo Arenoso Mezclado con el porcentaje
óptimo de Cal……………………………................................ 135
4.5.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)..……... 138
4.5.3 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)………………........... 140
4.5.4 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)…..… 145
4.5.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)………….…………………………...………. 148
4.6 Estabilización del Suelo con Emulsión Asfaltica….……..…….. 151
XVI
4.6.1 Ensayos de Porcentaje de Agua de la Emulsión
Asfáltica................................................................................ 151
4.6.2 Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)…….… 153
4.6.3 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)…… 154
4.6.4 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)……………….………………………..……. 157
4.7 Estabilización del Suelo con Organo-silanos...……………..…. 160
4.7.1 Próctor Modificado en Suelo Natural
(ASTM D-422)………………………………………………..… 161
4.7.2 Ensayo de CBR (ASTM D-1883)…………..………..... 163
4.7.3 Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)…..… 167
4.7.5 Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad
(AASHTO T-273)………………….…………………...………. 169
4.8 Comparación de los Materiales de Estabilización………..……. 171
4.8.1 Relación Soporte California CBR………………..…….. 171
4.8.2 Resistencia a la Compresión………………………....... 173
4.8.3 Absorción Capilar de las Mezclas…………………..… 174
CAPÍTULO V: DISEÑO DEL MICROPAVIMENTO…………………..…… 176
5.1 Trabajos de Laboratorio……………………………………..…… 176
5.2 Caracterización de los Agregados…………………………..….. 177
5.3 Ligante Asfáltico……………………………………………..……. 180
5.3.1 Emulsión Asfáltica CSS-1H-P…………………..…….. 180
XVII
5.4 Formulaciones de Trabajo………………………………..……… 181
5.5 Tiempo de Mezclado (ISSA TB-102)………………………..….. 182
5.6 Ensayo de Consistencia (ISSA TB-106)……………………..… 182
5.7 Ensayo de Cohesión (ISSA TB-139)………………………..….. 183
5.8 Porcentaje óptimo de Emulsión……………………………..…... 186
CAPITULO VI: ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA INVESTIGACIÓN…..... 190
6.1 Datos Generales de la Vía…………………………...………….. 190
6.2 Costo de los Materiales Estabilizantes…………………..……... 190
6.3 Dosificación Óptima de cada Material Estabilizante……..….... 191
6.4 Costo de Estabilización del Proyecto………………………..…. 191
6.4.1 Precios Unitarios de Estabilización……………………..……. 191
6.4.1.1 Análisis de Precios Unitarios para Estabilización con
Cemento………………………………………….……..……… 191
6.4.1.2 Análisis de Precios Unitarios para Estabilización con
Cal………………………………………………………..…...… 193
6.4.1.3 Análisis de Precios Unitarios para Estabilización con
Emulsión Asfáltica……..………………………..……..……… 194
6.4.1.4 Análisis de Precios Unitarios para Estabilización con
Organo-Silanos…….…………………………………..……… 196
6.5 Costo del Proyecto con Micropavimento………….……..…….. 198
CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………… 199
7.1 ANTECEDENTES…………………………………………….…… 199
7.2 CONCLUSIONES………………………………………………..… 200
XIX
ÍNDICE DE TABLAS
CAPITULO II: GENERALIDADES
Tabla 2.1: Tabla de Gradación del Agregado en función al porcentaje
que pasa……………………….………………………..…………….….. 20
Tabla 2.2: Nombres de grupo para suelos de grano grueso
(ASTM D-2487)………..……..…………………………………..….…... 23
Tabla 2.3: Nombres de grupo para suelos inorgánicos de grano fino
(ASTM D-2487)…………………………………………………..………. 24
Tabla 2.4: Nombres de grupo para suelos orgánicos de grano fino
(basados en ASTM D-2487)………………………………..………..…. 25
Tabla 2.5: Tipos de suelo con respecto a su Índice de Plasticidad.… 31
Tabla 2.6: Especificaciones de pruebas en laboratorio………...….... 32
Tabla 2.7: Valores de Carga Unitaria…………………………….……. 35
Tabla 2.8: Energías de Compactación……………….…………..…… 36
Tabla 2.9: Clasificación de suelos para Infraestructura de
Pavimentos………………………………………………………...…….. 37
Tabla 2.10: Valor de Azul de Metileno y Comportamiento de la
mezcla asfáltica………...………………………………………....…….. 38
XX
CAPITULO III: ENSAYOS EN LIMOS ARENOSOS
Tabla 3.1: Cuadro de Granulometrías del Suelos de Tipo Limo
Arenoso……………………………………..………………………….… 46
Tabla 3.2: Cuadro de valores resultantes del ensayo de Equivalente
de arena……………………………………………….…..…………..… 47
Tabla 3.3: Cuadro de Parámetros para obtener el índice de
Plasticidad del Suelo……………..……………………………..……… 48
Tabla 3.4: Cuadro Resumen para Clasificación SUCS del suelo..... 50
Tabla 3.5: Cuadro de los Valores de los CBR en función de la
Densidad………………………….……………………………..……..… 56
Tabla 3.6: Resultados obtenidos de Ensayo de Compresión
Simple………………………………………………………………..…… 57
Tabla 3.7: Cuadro para obtener el índice de plasticidad del suelo
modificado con cemento……..…………………….………………..…. 60
Tabla 3.8: Cuadro Resumen del Índice de Plasticidad………………. 61
Tabla 3.9: Cuadro de CBR en función a la Densidad máxima
Seca……………………………………….…………………………..…. 67
Tabla 3.10: Cuadro de valores de resistencia de las probetas
ensayadas………………………………...…………………………..…. 68
Tabla 3.11: Cuadro Resumen del Índice de Plasticidad del suelo
Modificado………………………………………………………...…..…. 74
Tabla 3.12: Cuadro de CBR en función de la densidad máxima
Seca………………………………………………………………..…….. 80
Tabla 3.13: Cuadro de resistencias de las probetas ensayadas...... 81
Tabla 3.14: Cuadro de valores de resistencias de las probetas
ensayadas con el 1.5% de Emulsión Asfáltica…………………….... 89
XXI
Tabla 3.15: Cuadro de CBR en función de la densidad máxima
seca……………………………………………………………………..… 99
Tabla 3.16: Cuadro de resistencias obtenidas de las probetas al
1Kg/m3 de Organo-Silanos……………………………….………...….100
CAPITULO IV: ENSAYOS EN LIMO ORGÁNICO ARENOSO
Tabla 4.1: Cuadro de resultados de la granulometría…….……..… 107
Tabla 4.2: Cuadro de resultados del ensayo de Equivalente de
Arena en el Suelo………………………………………………….…. 109
Tabla 4.3: Cuadro de resumen para definir la clasificación del
Suelo………………………………….…………………………..…..… 110
Tabla 4.4: Cuadro de CBR en función a la Densidad Máxima
Seca…………………………………..…………………………..…….. 116
Tabla 4.5: Cuadro de valores de resistencia obtenidos de las
Probetas ensayadas…………..….……………………………..……. 117
Tabla 4.6: Cuadro de resultados para Ensayos de Índice de
Plasticidad…………………………….…………………………..……. 121
Tabla 4.7: Cuadro de Resumen para Índice de Plasticidad………. 122
Tabla 4.8: Cuadro de CBR en función de la Densidad Máxima
Seca………………………………………………………………..…… 128
Tabla 4.9: Cuadro de Resultados de resistencia a la compresión
para las probetas ensayadas…………………………………..…….. 129
Tabla 4.10: Cuadro para el Índice de Plasticidad del Suelo-Cal..... 137
Tabla 4.11: Cuadro Resumen de CBR en Función de la Densidad
Máxima del Suelo-Cal…………………………..………………..…… 144
XXII
Tabla 4.12: Cuadro de resultados obtenidos del ensayo de
compresión y resistencias de las Probetas Suelo-Cal..……..……. 146
Tabla 4.13: Cuadro de resultados de Densidades para obtener el
porcentaje óptimo de Emulsión Asfáltica en el suelo………..…….. 153
Tabla 4.14: Cuadro de resistencias de Suelo-Emulsión para las
probetas de cada uno de los porcentajes de Emulsión……..….…. 155
Tabla 4.15: Cuadro de CBR del Suelo-OrganoSilano en función
de la Densidad Máxima Seca……………..……...…………..……… 166
Tabla 4.16: Cuadro de resultados de resistencias de las probetas de
Suelo-OrganoSilanos…………………………………...……..……… 168
CAPITULO V: DISEÑO DEL MICROPAVIMENTO
Tabla 5.1: Cuadro de la fórmula Maestra para el
Micropavimento………………………………………………………… 189
XXIII
ÍNDICE DE FIGURAS
CAPÍTULO II: GENERALIDADES
Figura 2.1: Suelo en Terraplenes………………………..……………… 6
Figura 2.2: Suelo Limoso……………………………………………’…... 7
Figura 2.3: Suelo Arenoso……………………………………………..… 7
Figura 2.4: Saco de Cemento Comercial………………………….…… 8
Figura 2.5: Cal Viva……………………………………………….……… 9
Figura 2.6: Distribución Química de los Organo-silanos……………. 11
Figura 2.7: Colocación de Asfalto en Vías…………………………….12
Figura 2.8: Planta de Emulsión Asfáltica………………………………15
Figura 2.9: Tipos de Emulsiones Asfálticas………………………….. 17
Figura 2.10: Colocación de un Micropavimento en la Vía………….. 18
Figura 2.11: Curva Granulométrica de los Agregados……………… 22
Figura 2.12: Gráfica de Plasticidad…………………………………… 26
Figura 2.13: Plasticidad del Material. Límites de Atterberg………… 27
Figura 2.14: Diagrama de Plasticidad según los Límites de
Atterberg……………………………….………………………………… 29
Figura 2.15: Límite líquido. Método Casagrande……………………. 30
Figura 2.16: Gráfica de Próctor Modificado………………………….. 34
Figura 2.17: Gráfica de % CBR………………………………………... 37
Figura 2.18: Equipo para ensayo de Azul de Metileno……………… 38
Figura 2.19: Elementos para el Ensayo de la Rueda Cargada…..... 39
XXIV
Figura 2.20: Equipo para Ensayo de Abrasión en Húmedo……...… 40
Figura 2.21: Clasificación de Mezclas en función del par de torsión
y del tiempo de curado………………………………………..……….. 41
Figura 2.22: Equipo para Cohesión de micropavimentos……..…… 42
Figura 2.23: Ensayo de Consistencia de mezclas asfálticas…….... 44
CAPITULO III: ENSAYOS EN LIMOS ARENOSOS
Figura 3.1: Muestra de Suelo de Tipo Limo Arenoso………..……... 45
Figura 3.2: Proceso de tamizado según Norma ASTM D-136…...... 45
Figura 3.3: Curva Granulométrica………………………………..…… 46
Figura 3.4: Resultados y Proceso de Ensayo de Equivalente de
Arena……………………………………………………………..………. 47
Figura 3.5: Ensayo de Límite Líquido y Límite Plástico………..…… 48
Figura 3.6: Gráfica de Humedad Óptima para obtener la densidad
máxima seca……………………………………………………..……… 52
Figura 3.7: Gráfica Presión vs Penetración para CBR………..……. 56
Figura 3.8: Gráfica del CBR Corregido vs Densidad Seca……..….. 56
Figura 3.9: Ensayo de Compresión en Probeta de Suelo Natural.... 57
Figura 3.10: Probeta de los 0 min a los 30 min del Ensayo……..…. 58
Figura 3.11: Suelo mezclado con el 1% de Cemento………….....… 59
Figura 3.12: Ensayo de límite Líquido…………………..……………. 59
Figura 3.13: Ensayo de Límite de Plasticidad…………..…………… 60
Figura 3.14: Gráfica de Humedad vs # de Golpes………..………… 60
XXV
Figura 3.15: Curva de Humedad Óptima para obtener la Densidad
Máxima del suelo…………………………………..………..………….. 63
Figura 3.16: Gráfica Presión vs Penetración para CBR……..……... 67
Figura 3.17: Gráfica del CBR Corregido vs Densidad Seca…..….... 67
Figura 3.18: Ensayo de Compresión en Probeta de Suelo
Cemento............................................................................................ 68
Figura 3.19: Comparación de las Resistencias Obtenidas a los
28 días entre suelo Natural y Suelo-Cemento…………...…..……… 69
Figura 3.20: Comparación de las Resistencias Obtenidas a los
14 días entre suelo Natural y Suelo-Cemento……………….……… 69
Figura 3.21: Probeta de Suelo-Cemento 1% durante el Ensayo..… 70
Figura 3.22: Gráfica de Resultados de Capilaridad en función del
Tiempo de ensayo…………………………………………….……....… 71
Figura 3.23: Gráfica de aumento de humedad en función del
tiempo…………………………………………………………………….. 71
Figura 3.24: Suelo Modificado con el 2% de Cal……………..……... 72
Figura 3.25: Gráfica Humedad vs # de golpes………………...…….. 73
Figura 3.26: Ensayo de límite líquido. Casa Grande…………...…… 73
Figura 3.27: Ensayo de límite plástico……………………………........74
Figura 3.28: Curva para obtener la Humedad óptima en la densidad
máxima seca………………………………………………………………76
XXVI
Figura 3.29: Gráfica de Presión vs Penetración para obtener
CBR………………………………………………………………………..80
Figura 3.30: Gráfica de CBR corregido vs Densidad Seca…...……..80
Figura 3.31: Ensayo de Compresión a la Probeta Suelo-Cal…...…..81
Figura 3.32: Comparación de resultados obtenidos de resistencia
a los 28 días…………………....……………………………………..….81
Figura 3.33: Comparación de resultados obtenidos de resistencia a
los14 días entre el suelo normal, suelo – cemento y suelo-cal…......82
Figura 3.34: Gráfica de ascenso capilar en función del tiempo
Ensayado…………………………..….…………………………………..83
Figura 3.35: Gráfico del Aumento de la Humedad de las probetas en
función del tiempo………………………..……………………………... 84
Figura 3.36: Probeta de Suelo-Cal en el Ensayo de Capilaridad..… 84
Figura 3.37: Mezcla de Suelo – 1.5% de Emulsión Asfáltica…........ 85
Figura 3.38: Muestras de Emulsión para obtener porcentaje de
agua……………………………………………………………..………...86
Figura 3.39: Curva para la obtención porcentaje óptimo de
Emulsión…………………………………………………………………..88
Figura 3.40: Ensayo de Compresión para la probeta Suelo-Emulsión
Asfáltica. ………………………..……………………..………………….89
Figura 3.41: Comparación de resistencias a los 28 días entre suelo
normal, Suelo-Cemento, Suelo-Cal y Suelo-Emulsión Asfáltica…... 90
Figura 3.42: Comparación de resistencias a los 14 días entre suelo
normal, Suelo-Cemento, Suelo-Cal y Suelo-Emulsión Asfáltica...... 90
XXVII
Figura 3.43: Gráfica de Ascenso Capilar en función del tiempo
ensayado. ……………………………………………………..………… 91
Figura 3.44: Gráfica de Humedad en función del tiempo
Ensayado……………………………………………………………..….. 92
Figura 3.45: Probeta en proceso de Ensayo de Capilaridad……..... 92
Figura 3.46: Mezcla de Suelo con Organo-Silanos……………..…... 93
Figura 3.47: Gráfica de Próctor para obtener el porcentaje óptimo de
humedad para la compactación máxima.......................................... 95
Figura 3.48: Gráfica de Presión vs Penetración para CBR.............. 99
Figura 3.49: Gráfica de CBR corregido vs Densidad Seca……..….. 99
Figura 3.50: Ensayo de Compresión en Probeta de Suelo-Organo
Silanos……………………………………………………..………..….. 100
Figura 3.51: Comparación de resistencia a los 28 días entre todos los
materiales estabilizantes...................................................................101
Figura 3.52: Comparación de resistencia a los 14 días entre todos los
materiales estabilizantes...................................................................101
Figura 3.53: Gráfica de Ascenso Capilar de las probetas en función
del tiempo ensayado.........................................................................102
Figura 3.54: Gráfica del aumento de Humedad en las probetas en
función del tiempo ensayado. ........................................................ 103
Figura 3.55: Probeta de Suelo-OrganoSilano (Impermeable)........ 103
Figura 3.56: Comparación de los materiales estabilizantes en
función de la Densidad máxima Seca al 100%............................... 104
XXVIII
Figura 3.57: Comparación de los materiales estabilizantes en
función de la Densidad máxima Seca al 95%..................................104
Figura 3.58: Comparación de los materiales estabilizantes en
función del CBR al 100%................................................................ 105
Figura 3.59: Comparación de los materiales estabilizantes en
función del CBR al 95%.................................................................. 105
CAPITULO IV: ENSAYOS EN LIMO ORGÁNICO ARENOSO
Figura 4.1: Muestra de Suelo de Tipo Limo Orgánico Arenoso….. 106
Figura 4.2: Ensayo granulométrico del Suelo…………………..….. 106
Figura 4.3: Curva Granulométrica del Suelo Tamizado.................. 107
Figura 4.4: Ensayo de Equivalente de Arena en el Suelo……...…. 108
Figura 4.5: Gráfica de Porcentaje de Humedad Número de
Golpes…………………………………………………………………. 109
Figura 4.6: Gráfica de Próctor para obtener la Humedad
óptima…......................................................................................... 110
Figura 4.7: Gráfica Presión vs Penetración para CBR…..……….. 116
Figura 4.8: Gráfica Densidad Seca vs CBR Corregido………..….. 116
Figura 4.9: Gráfica de ascenso Capilar en función al tiempo…..... 119
Figura 4.10: Probetas Ensayadas de Suelo Natural por
Capilaridad……………………………………………………………... 119
Figura 4.11: Suelo Mezclado con el 4% de Cemento…..……….... 120
Figura 4.12: Ensayo de límite líquido…………………………..….....120
XXIX
Figura 4.13: Ensayo de límite de plasticidad………..……………... 121
Figura 4.14: Gráfica de humedad vs Número de Golpes…..…….. 121
Figura 4.15: Gráfica Densidad Seca vs Humedad para definir la
Humedad Óptima del Suelo…………………………………..…….... 124
Figura 4.16: Gráfica Presión vs Penetración para CBR……...….... 128
Figura 4.17: Gráfica Densidad seca vs CBR Corregido………...... 128
Figura 4.18: Ensayo de Compresión en Suelo – Cemento……..... 129
Figura 4.19: Gráfico de Resistencia a la compresión a los 28 días
para cada porcentaje de Cemento en el Suelo………..………….. 130
Figura 4.20: Gráfico de Resistencia a la compresión a los 14 días
para cada porcentaje de Cemento en el Suelo…………………..... 131
Figura 4.21: Probetas Suelo Cemento ensayadas por
Capilaridad……………………………………………………………....135
Figura 4.22: Gráfica de Ascenso Capilar para cada porcentaje de
Suelo-Cemento en función del Tiempo……….……………..…….... 135
Figura 4.23: Gráfica de aumento de humedad para cada
porcentaje de Suelo-Cemento en función del Suelo……..…..….... 136
Figura 4.24: Mezcla de Suelo con el 8% de Cal…………..……….. 137
Figura 4.25: Gráfica Humedad vs Número de Golpes…………..... 138
Figura 4.26: Ensayo de límite líquido. Casa Grande………..…….. 138
Figura 4.27: Ensayo de límite plástico……………………..……….. 139
XXX
Figura 4.28: Gráfica de Próctor para obtener la humedad óptima
para la compactación máxima………..……………………..……..... 139
Figura 4.29: Gráfica de Presión vs Penetración para hallar el CBR del
Suelo-Cal……..……..……..……………………..……..….………….. 143
Figura 4.30: Gráfica Densidad Seca vs CBR Corregido…..…….... 144
Figura 4.31: Ensayo de Compresión en las Probetas de
Suelo-Cal……………………………………………………………….. 145
Figura 4.32: Probetas Ensayadas y con Falla Vertical……...…….. 145
Figura 4.33: Gráficas de resistencias de las probetas de Suelo-Cal
a los 28 y 14 días para cada porcentaje de cal…..………..…...….. 147
Figura 4.34: Gráfica de Ascenso Capilar para cada porcentaje de
Cal en función del tiempo transcurrido……………………..……….. 149
Figura 4.35: Gráfica de incremento de Humedad en cada una
de las probetas de cada porcentaje de cal en función del tiempo
transcurrido………..…………………………………..……………….. 149
Figura 4.36: Probetas de Suelo-Cal en proceso de Ensayo de
Capilaridad………………………………………………...………….. 150
Figura 4.37: Suelo mezclado con el 3% de Emulsión Asfáltica….. 151
Figura 4.38: Ensayo de Contenido de Agua en la Emulsión
Asfáltica………………………………………………………..……….. 151
Figura 4.39: Gráfica de Próctor para definir el porcentaje óptimo de
Emulsión Asfáltica en el Suelo…………………………..….……….. 154
XXXI
Figura 4.40: Ensayo de Compresión de Probeta
Suelo-Emulsión.……………………………………………………….. 154
Figura 4.41: Gráficas de Resistencias de cada una de las
Probetas a los 28 y 14 días para cada porcentaje de Emulsión
Asfáltica en el Suelo…………………..……….…………..………….. 156
Figura 4.42: Gráfica de Ascenso Capilar para cada porcentaje de
Emulsión en función al tiempo transcurrido…...…..……………….. 158
Figura 4.43: Gráfica de Incremento de Humedad para cada
Porcentaje de Emulsión en función al tiempo transcurrido…..…... 158
Figura 4.44: Probetas de Suelo-Emulsión Asfáltica sometidas al
Ensayo de Capilaridad………………………..………………………. 159
Figura 4.46: Gráfica de Próctor para hallar la humedad óptima del
Suelo-OrganoSilano……………………………..………...………….. 162
Figura 4.47: Gráfica Presión vs Penetración para hallar el
CBR……………………………………………………………………... 166
Figura 4.48: Gráfica Densidad Seca vs CBR Corregido……..….... 166
Figura 4.49: Ensayo de Compresión Probeta
Suelo-OrganoSilano …………………………………………………...167
Figura 4.50: Gráficos de Resistencias a los 28 y 14 días en probetas
de Suelo-OrganoSilanos…………………………………………..….. 168
Figura 4.51: Gráfica de Ascenso Capilar Nulo a causa de la
Impermeabilización con OrganoSilanos…………..……….……….. 169
XXXII
Figura 4.52: Gráfica de Incremento de Humedad Nula por
Impermeabilización de los OrganoSilanos……………..…….…….. 170
Figura 4.53: Probeta sumergida en agua Absorción Capilar
Nula………………………………………………………………….…...170
Figura 4.54: Gráfica de la Densidad Máxima Seca al 100% para
cada uno de los Productos estabilizantes…………..…………….... 171
Figura 4.55: Gráfica de la Densidad Máxima Seca al 95% para cada
uno de los Productos estabilizantes………………..……………….. 171
Figura 4.56: Gráfica de los valores de CBR al 100% para cada uno
de los Productos estabilizantes……………………..……………….. 172
Figura 4.57: Gráfica de los valores de CBR al 100% para cada uno
de los Productos estabilizantes……………………..……………….. 172
Figura 4.58: Gráfica de los valores de Resistencia a la Compresión
a los 28 días para cada uno de los Productos estabilizantes....…. 173
Figura 4.59: Gráfica de los valores de Resistencia a la Compresión
a los 14 días para cada uno de los Productos estabilizantes…..... 174
Figura 4.60: Gráfica de Ascenso Capilar para cada uno de los
Productos estabilizantes en función al tiempo..………………..….. 174
Figura 4.61: Gráfica de Incremento de Humedad para cada uno de
los Productos estabilizantes en función al tiempo……..………….. 175
CAPITULO V: DISEÑO DEL MICROPAVIMENTO
Figura 5.1: Agregado de la Mina de Pintag …..………..………….. 177
XXXIII
Figura 5.2: Ensayo de Equivalente de Arena ...………..………….. 178
Figura 5.3: Ensayo de Azul de Metileno ……………..…………….. 178
Figura 5.4: Gráfica granulométrica MicroPavimento de Tipo III .... 179
Figura 5.5: Emulsión Asfáltica de Tipo CSS-1H-P …..………..….. 180
Figura 5.6: Ensayo de Consistencia de la Mezcla Asfáltica ….….. 182
Figura 5.7: Gráfica para la determinación del Porcentaje Óptimo
de Agua en función al Flujo del Cono ..…………………………….. 183
Figura 5.8: Ensayo de Cohesión al Micropavimento………..…..….. 183
Figura 5.9: Muestras ensayadas por Cohesión de Micropavimento
los 30 minutos ……………………………………………..………….. 184
Figura 5.10: Muestras ensayadas por Cohesión de Micropavimento
a los 60 minutos ………………………….……………..…………….. 184
Figura 5.11: Muestras ensayadas por Cohesión de Micropavimento
a los 120 minutos ……………………………….………..…………… 185
Figura 5.12: Características de Curado en Función a la Cohesión
que tiene el Micropavimento ………………………..……………….. 185
Figura 5.13: Moldes de Micropavimento para el Ensayo de
Abrasión.………………………………………………………………... 186
Figura 5.14: Ensayo de Abrasión en Húmedo del
Micropavimento…………………………………………………….…... 187
Figura 5.15: Ensayo de Rueda Cargada para Micropavimento...... 187
XXXIV
Figura 5.16: Moldes después del Ensayo de Rueda
Cargada.………………………………………………………….………188
Figura 5.17: Gráfica para la Determinación del Contenido de Asfalto
en función Contenido de Asfalto (Emulsión Asfáltica)………..…....188
XXXV
RESUMEN
El proyecto de tesis “Metodología de Diseño de Micropavimento de bajo costo
para suelo tipo limo orgánico arenoso (OL)”, tiene como principal objetivo,
brindar al lector una guía básica para el manejo adecuado en la parte de
estabilizaciones de suelo de tipo limo orgánico arenoso (OL), y de tipo limo
arenoso (OM), ya que para estos dos tipos de suelo se está realizando una
estabilización con cemento, cal, emulsión asfáltica y órgano-silanos. Éste
documento deberá ser tomado de manera referencial y como ayuda para que
los profesionales y usuarios establezcan sus propias especificaciones en sus
proyectos en base al tipo de suelo con el que se encuentren, siempre y cuando
se encuentren con cualquiera de los dos tipos de suelo anteriormente
nombrados; como es de conocimiento general, el diseño de la estructura de
un pavimento o micropavimento está en función del porcentaje de CBR de la
subrasante o de la base mejorada, por esa razón se realizó la investigación
para poder abaratar costos, estabilizando la subrasante. El diseño del
micropavimento se lo realizó con emulsión catiónica de tipo CSS-1H-P, ya que
ésta emulsión es de rotura lenta, se trabajó con el agregado de la Mina de
Pintag, el mismo que sirvió para realizar un micropavimento de tipo 3, en el
que su diseño se destaca el estar compuesto del 14.15% de Emulsión
Asfáltica, valor obtenido por el Método de Duriez.
Palabras Claves:
- Suelos - Estabilización - Pavimentos
- Micropavimentos - CBR
XXXVI
ABSTRACT
The thesis project " Design Methodology microsurfacing low-cost soil sandy
organic silt (OL) type ", whose main objective is to provide the reader a basic
guide for the proper management of stabilization in silt soil type sandy organic
(OL), and type sandy loam (OM), since for these two soil types is underway
stabilization with cement, cal, asphalt emulsion and organosilanes. This
document should be taken for reference purposes and as an aid for
practitioners and users to establish their own specifications in their projects
based on the type of soil they are in, as long as they are with any of the above
two types of soil appointed, as is generally known, the design of the structure
of a pavement or microsurfacing is based on the percentage of CBR subgrade
or improved base, which is why the research was conducted to reduce costs,
stabilizing the subgrade. The design microsurfacing it performed with cationic
emulsion CSS- 1H-P type as this emulsion is slow break, we worked with the
addition Mine Pintag, the same that was used to perform microsurfacing type
3, its design highlights consist of 14.15% of Asphalt Emulsion, value obtained
by the method Duriez.
Keywords:
- Soils - Stabilization - Pavements
- Micro-pavements - CBR
1
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
1.1 ANTECEDENTES
El Ecuador es un país que se encuentra al Noroccidente de América
Latina, es considerado como un país tercermundista, pero es rico en
petróleo y otras materias primas que se encuentran distribuidas en la
Costa, Sierra y Oriente; el turismo es otra actividad muy importante para el
país por sus hermosos paisajes y lugares turísticos existentes en todo el
país.
Las vías en el país son fundamentales para el desarrollo de un país, ya
que a través de éstas se puede desarrollar las actividades más
importantes, que son el comercio y el turismo. En la actualidad el gobierno
ecuatoriano a puesto mucho empeño en la construcción y ampliaciones de
carreteras en todo el país, gracias a esto ha mejorado la calidad del
transporte y por ende se ha podido tener más turismo en el Ecuador.
El pavimento en el Ecuador actualmente se desarrolla en dos tipos muy
importantes que son los pavimentos rígidos y los pavimentos flexibles, los
mismos que han dado muy buen resultado en el país especialmente los
recientemente construidos o puestos en práctica que son los pavimentos
rígidos, ya que éstos tienen una mayor vida útil que los pavimentos
flexibles, gracias a las nuevas tecnologías e instrumentación podemos
realizar con mayor eficacia la construcción de éstos. El pavimento más
utilizado en los últimos 40 años es el pavimento flexible, y en la actualidad
2
sigue siendo el más utilizado, por la facilidad y su economía en su
construcción.
La explotación de productos propios de una comunidad, está
relacionado directamente con la economía de un país, es por esto que la
construcción de carreteras es indispensable para la comercialización de
las mismas.
El transporte de estos productos al mercado, permite el desarrollo de
estas comunidades, mejorando la calidad de vida de los productores e
incrementando la economía de un país.
Sin embargo, estas carreteras, no siempre llegan a ser construidas
hacia los sectores productivos por el alto costo que significa su
construcción, teniendo como resultado un desinterés por parte de las
autoridades, quienes no ponen énfasis en la investigación de pavimentos
de bajo costo, impidiendo que estas comunidades sean competitivas y se
desarrollen.
La tecnología ha ido desarrollándose con el paso del tiempo y con ésta
el descubrimiento de nuevos métodos para diseñar pavimentos a un bajo
costo que los tradicionales, pero no se lo aplica, ya que existe el factor
suelo o rasante, la misma que constituye la base para realizar un ahorro
en la estructura del pavimento, ya que de éste depende los espesores de
cada una de las capas del pavimento.
3
1.2 ÁREA DE INFLUENCIA
Los beneficiarios de la investigación de este Proyecto de Grado serán
los profesionales dedicados a la rama vial de la Ingeniería Civil, ya que a
través de éste proyecto se tendrá una base teórica-práctica en cuanto a
cómo realizar un diseño de micropavimento de bajo costo en base a un
suelo estabilizado sea con cemento, cal, emulsión asfáltica u
órganosilanos para un limo orgánico arenoso (OL).
Otros beneficiarios serán los habitantes del barrio La Joya; ya que en
todo éste sector los suelos son similares, y se podría utilizar éste proyecto
para fines de apoyo para estos lugares que carecen de vías pavimentadas.
1.3 OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.3.1 Objetivo General
Definir una metodología de bajo costo para diseño de micropavimentos
en suelos de tipo limo orgánico arenoso (OL), estabilizando con cal,
cemento, emulsión asfáltica y órganosilanos.
1.3.2 Objetivos Específicos
Establecer un procedimiento de toma de muestras.
Analizar opciones de estabilización del suelo de tipo limo orgánico
arenoso (OL) y de un suelo patrón, limo arenoso (ML).
4
Realizar los ensayos necesarios para encontrar el porcentaje óptimo
de cal, cemento, emulsión asfáltica y órganosilanos para la
estabilización del suelo tipo limo orgánico arenoso.
Determinar el diseño óptimo de la mezcla asfáltica para suelos
estabilizados de tipo limo orgánico arenoso y un limo arenoso.
Comparar los resultados obtenidos entre el suelo limo orgánico
arenoso (OL) y el limo arenoso (ML).
Indicar la mejor opción de estabilización para el suelo limo orgánico
arenoso.
1.4 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DEL PROBLEMA A RESOLVER
En conocimiento de la problemática vial en algunos sectores que
existen en el Ecuador por los tipos de suelos complicados por su
composición como son los limos orgánicos arenosos.
El problema vial ha venido dándose en el Ecuador desde hace muchos
años atrás por la falta de control de parte del estado, en las diferentes
construcciones y reconstrucciones de las vías del Ecuador.
Actualmente existe preocupación por parte del estado por mejorar las
vías del Ecuador, pero existe todavía carencias de carreteras para el sector
productivo.
Es importante acotar que en la actualidad existen maneras de
estabilización de la sub-rasante como son las cuatro opciones; con cal, con
cemento, con emulsión asfáltica y con órganosilanos, las mismas que
5
dándoles un manejo adecuado se llegarían a abaratar costos con respecto
a cada una de las capas que conforman la estructura del pavimento.
El proyecto de tesis es importante dado que a través de esta
investigación se tendrá como resultado un micropavimento de bajo costo,
el mismo que beneficiará a los habitantes del sector y a los profesionales
que indaguen en este campo, puesto que, a través de éste proyecto de
tesis, se podrá tener una referencia de micropavimentos económicos para
suelos limos orgánicos arenosos.
Y de esta manera pueden los diseñadores ahorrar tiempo y por
consecuencia dinero, ya que estos dos factores en el ámbito de la
construcción son muy importantes.
Con la estabilización del suelo con las cuatro opciones, cal, cemento,
emulsión asfáltica y órganosilanos, se podría llegar a tener una rasante
más resistente a la Humedad y a la compresión, por ende éste factor
garantiza a que la estructura del pavimento sea de menos espesor, ya que
se podría definir tranquilamente espesores mínimos tanto de sub-base,
base, solamente para brindarle un buen drenaje a la vía, para finalmente
colocar la imprimación asfáltica y seguidamente la capa de rodadura.
6
CAPÍTULO II
GENERALIDADES
2.1. SUELO
Suelo se define como el agregado no cementado de granos
minerales y materia orgánica descompuesta (partículas sólidas), junto
con el líquido y gas que ocupan los espacios vacíos entre las
partículas sólidas. (Braja M. Das, 1999).
Figura 2.1: Suelo en terraplenes
Fuente Gráfica: http://www.articulosweb.net
2.2. LIMO
Son fracciones microscópicas de suelo que consisten en granos
muy finos de cuarzo y algunas partículas en forma de escamas que son
fragmentos de minerales. Para que se clasifique como tal, el diámetro
de las partículas de limo varía de 0,002 mm a 0,06 mm. (Braja M. Das,
1999).
7
El limo orgánico se encuentra constituido por barro, lodo y restos
vegetales.
Figura 2.2: Suelo Limoso
Fuente Gráfica: http://www.articulosweb.net
2.3. ARENA
Están formados principalmente por cuarzo y feldespatos, aunque
también están presentes, a veces otros granos minerales. El diámetro
de las partículas de arena varía de 0.06mm a 2mm. (Braja M. Das,
1999).
Figura 2.3: Suelo Arenoso
Fuente Gráfica: http://www.articulosweb.net
8
2.4. CEMENTO
Es un conglomerante formado a partir de una mezcla
de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la
propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la
molienda entre estas rocas es llamada clinker, esta se convierte en
cemento cuando se le agrega yeso o puzolana, este le da la propiedad
a esta mezcla para que pueda fraguar y endurecerse.
El clinker es el resultado de la calcinación de calizas y arcillas que
son extraídas de las canteras y trituradas junto al hierro. (VICAT, 2002).
Figura 2.4: Saco de Cemento Comercial
Fuente Gráfica: http://www.articulosweb.net
9
2.5. CAL
Es un término que designa todas las formas físicas en las que pueden
aparecer el óxido de calcio (CaO) y el óxido de calcio de magnesio
(CaMgO2), denominados también, cal viva (o generalmente cal) y dolomía
calcinada respectivamente. Estos productos se obtienen como resultado
de la calcinación de las rocas (calizas o dolomías). Adicionalmente, existe
la posibilidad de añadir agua a la cal viva y a la dolomía calcinada
obteniendo productos hidratados denominados comúnmente cal
apagada o hidróxido de calcio (Ca (OH)2) y dolomía
hidratada (CaMg (OH)4). (J.A.H., 1998).
Figura 2.5: Cal Viva
Fuente Gráfica: J.A.H, 1998
10
2.6. ÓRGANO-SILANOS
Los enlaces carbono - silicio son más largos en comparación con
los enlaces carbono-carbono (longitud de enlace de 186 vs 154 del peso
molecular) y son más débiles, con una energía de disociación del enlace
de 451 kJ/mol frente a 607 kJ/mol. El enlace C-Si está
algo polarizado hacia el carbono debido a su
mayor electronegatividad (C=2,55 vs Si=1,90). Una manifestación de
la polaridad de estos enlaces en los órganosilanos se encuentra en
la reacción de Sakurai, la misma que es la reacción química en donde se
parte de un compuesto con un carbono electrofílico (comúnmente de una
cetona) y se le hace reaccionar con alil silanos por catálisis con ácidos de
Lewis fuertes (acepta un par de electrones al mismo tiempo, debe tener
su octeto de electrones incompleto). (Butterworth, 1981)
Los Órgano-Silanos son solubles al agua, estables al calor, rayos UV y
reaccionan con grupos de silanol propensos a Húmedecerse con el agua
(hidrofílicos) como arena, limos, arcillas y agregados para convertirlos en
uniones Alquil-Siloxano, que son altamente estables y que repelen el
agua, formando una membrana transpirable in-situ. (BREM, 2013)
11
Figura 2.6: Distribución Química de los Órgano-silanos
Fuente Gráfica: (Butterworth, 1981)
2.7. ASFALTO
El asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo,
capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de
cargas permanentes. Como aplicación de estas propiedades el asfalto
puede cumplir, en la construcción de pavimentos, las siguientes
funciones:
Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible
a la Humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de
la precipitación.
12
Proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, capaz de
resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas
de los vehículos.
Igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo
disminuir su espesor. (Wong, 1995)
Figura 2.7: Colocación de asfalto en vías
Fuente Gráfica: http://www.webquest.es/webquest/danos-en-
pavimentos-flexibles
2.7.1. Tipos de Asfaltos1
2.7.1.1. Asfaltos Oxidados o Soplados
Estos son asfaltos que han sido sometidos a un proceso de
deshidrogenación y posteriormente a un proceso de polimeración.
1 (ASEFMA) Asociación Española de Fabricantes de Mezclas Asfálticas
13
Este asfalto es expuesto a una elevada temperatura pasándole una
corriente de aire con el objetivo de mejorar sus características y ser
empleado en aplicaciones más especializadas.
El proceso de oxidación en los asfaltos presenta las siguientes
modificaciones físicas:
Aumento del peso específico.
Aumento de la viscosidad.
Disminución de la suceptibilidad térmica.
2.7.1.2. Asfaltos Sólidos o Duros
Asfaltos con una penetración a temperatura ambiente menor que 10.
Además de ser aglutinante e impermeabilizante, se caracteriza por su
flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los
ácidos, sales y alcoholes.
2.7.1.3. Fluxante o Aceite Fluxante
Fracción de petróleo relativamente poco volátil empleada en ocasiones
para ablandar el asfalto hasta la consistencia deseada; frecuentemente se
emplea como producto básico para la fabricación de materiales asfálticos
para revestimientos de cubiertas.
14
2.7.1.4. Asfaltos Fillerizados
Asfaltos en cuya composición hay materias minerales finamente molidas
que pasan por el tamiz # 200.
2.7.1.5. Asfaltos Líquidos
Son materiales asfálticos de consistencia blanda o fluida, por ello no se
incluyen en el ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300. También
se los denomina asfaltos rebajados o cutbacks.
Se componen por una base asfáltica y un fluidificante volátil, que puede
ser bencina, queroseno o aceite. Los fluidificantes se evaporan (proceso de
curado), quedando el residuo asfáltico el cual envuelve y cohesiona las
partículas del agregado.
Dentro de los asfaltos líquidos encontramos los siguientes productos:
Asfalto de curado rápido.- Es aquel cuyo disolvente es del tipo de
la nafta o gasolina, se obtienen los asfaltos rebajados de curado
rápido y se designan con las letras RC (Rapid Curing), seguidos por
un número que indica el grado de viscosidad cinemática
en centiestokes.
Asfalto de curado medio.- El disolvente de este asfalto es
queroseno, y se designa con las letras MC (Medium Curing),
seguidos con un número que indica el grado de viscosidad
cinemática medida en centiestokes.
15
Asfalto de curado lento.- El disolvente o fluidificante es aceite
liviano, relativamente poco volátil, y se designa por las
letras SC (Slow Curing), seguidos con un número que indica el grado
de viscosidad cinemática medida en centiestokes.
Road oil.- Es la fracción pesada del petróleo, usualmente uno de los
grados de asfalto líquido de curado lento (SC,Slow Curing).
2.7.1.6. Asfaltos Emulsificados
2.7.1.6.1. Emulsiones Asfálticas:
Son parte de los asfaltos líquidos.
Es un sistema heterogéneo de dos fases normalmente inmiscibles
(no se mezclan), como son el asfalto y el agua, al que se le incorpora
una pequeña cantidad de un agente activador de superficie, tenso
activo o emulsificante de base jabonosa o solución alcalina, que
mantiene en dispersión el sistema, siendo la fase continua el agua y la
discontinua los glóbulos del asfalto, en tamaño, entre uno a diez
micrones.
El asfalto es emulsificado en un molino coloidal con 40 - 50% por
peso de agua que contiene entre 0.5 y 1.5% por peso de emulsificante.
Permite la aplicación del asfalto donde no es posible calentar el
material.
16
Figura 2.8: Planta de Emulsión Asfáltica
Fuente: http://es.made-in-china.com/co_dagang2012/product_Asphalt-
Emulsion-Plant_horhehihg.html
Cuando la emulsión se pone en contacto con el agregado se produce
un desequilibrio que la rompe, llevando a las partículas del asfalto a
unirse a la superficie del agregado.
El agua fluye o se evapora, separándose de las partículas pétreas
recubiertas por el asfalto. Existen emulsificantes que permiten que
esta rotura sea instantánea y otros que retardan éste fenómeno.
De acuerdo con la velocidad de rotura, las emulsiones asfálticas
pueden ser:
Emulsiones de Rotura Rápida: RS (Rapid Setting).-
Interactúan rápidamente con el agregado, y revierte la emulsión a
asfalto. Forman una capa relativamente dura y principalmente se
usan para aplicaciones en spray sobre agregados y arenas de
17
sello, así como penetración sobre piedra quebrada; que por ser
de alta viscosidad sirve de impermeabilizante.
Emulsiones de Rotura Media MS (Medium Setting).- No rompen
inmediatamente al contacto con el agregado, por esta razón, algunas
pueden ser elaboradas en una planta.
Emulsiones de Rotura Lenta SS (Slow Setting).- Son
diseñadas para un tiempo prolongado de mezcla con los
agregados. Sirven especialmente para una máxima estabilidad de
mezclado. Se las emplea para dar un buen acabado con
agregados compactos y asegurar una buena mezcla estabilizada.
Emulsiones de Rotura Controlada QS (Controlled Setting).-
Son diseñadas para un tiempo controlado de rotura de acuerdo a
los requerimientos.
El tipo de emulsión a utilizar depende de varios factores, tales como
las condiciones climáticas durante la construcción, tipos de agregados,
etc.
Las emulsiones asfálticas deben tener una buena adherencia.
Esta cualidad la confiere el emulsificante, que puede darle polaridad
negativa o positiva, tomando el nombre de aniónicas, las primeras,
afines a los áridos de cargas positivas y catiónica, las segundas, afines
a áridos de cargas negativas; como son las de origen cuarzoso o
silíceo.
18
Figura 2.9: Tipos de Emulsiones Asfálticas por su Carga Eléctrica
Fuente Gráfica: Instituto Mexicano del Transporte ISSN 0188-7141
2.7.1.6.2. Emulsión Asfáltica Inversa
Emulsión asfáltica en la que la fase continua es asfalto de tipo
líquido, y la fase discontinua está constituida por diminutos glóbulos
de agua en porción relativamente pequeña.
Este tipo de emulsión puede ser también aniónica o catiónica.
2.8. MICROPAVIMENTO
El Micropavimento (micro-surfacing), es un sistema de
pavimentación superficial por capas delgadas compuesto por emulsión
asfáltica modificada con polímeros , 100% agregado triturado, finos
minerales, agua y aditivo de control de campo según sea necesario. Es
aplicado como tratamientos superficiales delgados de 10 a 13mm de
espesor, para mejorar características de fricción en pavimentos
19
principalmente. Su segundo mayor uso es en recuperación de
ahuellamientos, en vías con moderado y alto tráfico vehicular.
Figura 2.10: Colocación de un Micropavimento en la vía
Fuente Gráfica: micropavimentos.blogspot.com
La vida útil de servicio de un micropavimento es de 4 a 7 años, ya que
este se adhiere perfectamente a la capa de rodadura existente. Una de sus
principales características es que puede ser abierto el tráfico después de una
hora de su aplicación. (ISSA, 2010)
2.8.1. Tipos de Micropavimentos de acuerdo a la Gradación del
agregado
Para realizar la elección del tipo de Micropavimento a realizar se utiliza
la Tabla 2.1, en la cual se cuantifica los porcentajes que pasan por cada
uno de los tamices, y se realiza la comparación.
20
Tabla 2.1: Tabla de Gradación del Agregado en función al porcentaje
que pasa
TAMIZ TIPO II TIPO III TOLERANCIA EXISTENTE NÚMERO % PASA % PASA
3/8 (9.5mm) 100 100 ± 5 %
# 4 (4.75mm) 90 - 100 70 - 90 ± 5 %
# 8 (2.36mm) 65 - 90 45 - 70 ± 5 %
# 16 (1.18mm) 45 - 70 28 - 50 ± 5 %
# 30 (600um) 30 - 50 19 - 34 ± 5 %
# 50 (330um) 18 - 30 12 – 25 ± 4 %
# 100 (150um) 10 - 21 7 – 18 ± 3 %
# 200 (75um) 5 - 15 5 - 15 ± 2 %
Fuente: (ISSA, 2010)
Tipo II.- Esta gradación del agregado es utilizado para llenar
superficies huecas, redireccionar la superficie, sello, y proporcionar una
superficie de desgaste duradera
Tipo III.- Esta gradación del agregado ofrece la máxima resistencia a
deslizamiento y una superficie de desgaste mejorada. Este tipo de
micropavimento es apropiada para vias muy transitadas, o para la
colocación en superficies altamente texturadas que requieren mayor
tamaño agregado para rellenar huecos.
2.9. ENSAYOS PARA SUELOS
2.9.1. Granulometría (ASTM D-2487)2
La granulometría de una base de agregados se define como la
distribución del tamaño de sus partículas. Esta granulometría se
2 (Braja M. Das, "Principles of Foundation Engineering ", 4th Ed., 1999)
21
determina haciendo pasar una muestra representativa de
agregados por una serie de tamices ordenados, por abertura, de
mayor a menor.
La granulometría dé los agregados es un factor muy importante
en el hormigón asfáltico, ya que de este factor depende la
economía, manejabilidad y la resistencia de la mezcla.
El análisis o prueba de tamices se lleva a cabo tamizando los
agregados a través de una serie de tamices enumerados. Estos
tamices están en números ascendentes, esto es, #4, #8, #16, #30,
#50, #100, #200 y bandeja para agregados finos y en orden de
tamaño descendente 1- ½ ", 1", ¾ ", ½ ", 3/8", #4, #8 y bandeja,
para agregado grueso. El número de los tamices nos indica las
aperturas del tamiz por pulgada lineal.
El uso de todos los tamices dependerá de la precisión que se
requiera o de las especificaciones, ya que en ocasiones sólo se
utilizaran algunos de ellos. Se conoce como agregado fino a todo
aquel que pasa a través del tamiz de 3/8" y el #4 y es retenido casi
completamente en el tamiz #200. Agregado grueso es aquel que
se retiene en el tamiz #4.
Los resultados de un análisis granulométrico también se
representan en forma gráfica y en tal caso se llaman curvas
granulométricas. Éstas gráficas se representan por medio de dos
ejes perpendiculares entre sí, horizontal y vertical, en donde las
22
ordenadas representan el porcentaje que pasa y en el eje de las
abscisas la abertura del tamiz cuya escala puede ser aritmética,
logarítmica o en algunos casos mixtos.
Las curvas granulométricas permiten visualizar mejor la
distribución de tamaños dentro de una masa de agregados y
permite conocer además que tan grueso o fino es.
Figura 2.11: Curva Granulométrica de Agregados
Fuente Gráfica: http://mecanicadelossuelos.blogspot.com/p/grafica-
granulometrica.html
23
Tabla 2.2: Nombres de grupo para suelos de grano grueso
(ASTM D-2487)
Fuente: (Das, 1999)
Nota: Fracción de arena = porcentaje del suelo que pasa el tamiz No.
4 pero es retenido por el tamiz No. 200 = R200 – R4; fracción de grava
= porcentaje de suelo que pasa el tamiz de 3-in. Pero es retenido por
el tamiz No. 4 = R4.
Tabla B.3 Nombres de grupo para suelos de grano grueso (basados en ASTM D-2487)
Criterio
Símbolo de
Fracción de grava Fracción de arena Nombre de grupo
grupo (%) (%)
GW < 15 Grava bien gradada
≥ 15 Grava bien gradada con arena
GP < 15 Grava pobremente gradada
≥ 15 Grava pobremente gradada con arena
GM < 15 Grava limosa
≥ 15 Grava limosa con arena
GC < 15 Grava arcillosa
≥ 15 Grava arcillosa con arena
GC-GM < 15 Grava limo arcillosa
≥ 15 Grava limo arcillosa con arena
GW-GM < 15 Grava bien gradada con limo
≥ 15 Grava bien gradada con limo y arena
GW-GC < 15 Grava bien gradada con arcilla
≥ 15 Grava bien gradada con arcilla y arena
GP-GM < 15 Grava pobremente gradada con limo
≥ 15 Grava pobremente gradada con limo y arena
GP-GC < 15 Grava pobremente gradada con arcilla
≥ 15 Grava pobremente gradada con arcilla y arena
SW < 15 Arena bien gradada
≥ 15 Arena bien gradada con grava
SP < 15 Arena pobremente gradada
≥ 15 Arena pobremente gradada con grava
SM < 15 Arena limosa
≥ 15 Arena limosa con grava
SC < 15 Arena arcillosa
≥ 15 Arena arcillosa con grava
SM-SC < 15 Arena limosa arcillosa
≥ 15 Arena limosa arcillosa con grava
SW-SM < 15 Arena bien gradada con limo
≥ 15 Arena bien gradada con limo y grava
SW-SC < 15 Arena bien gradada con arcilla
≥ 15 Arena bien gradada con arcilla y grava
SP-SM < 15 Arena pobremente gradada con limo
≥ 15 Arena pobremente gradada con limo y grava
SP-SC < 15 Arena pobremente gradada con arcilla
≥ 15 Arena pobremente gradada con arcilla y grava
24
Tabla 2.3: Nombres de grupo para suelos inorgánicos de grano fino
(ASTM D-2487).
Fuente: (Das, 1999)
Nota: R200 =porcentaje de suelo retenido sobre el tamiz No. 200; fracción
de arena = porcentaje del suelo que pasa el tamiz No. 4 pero retenidos
sobre el tamiz No. 200 = R200 – R4; fracción de grava = porcentaje del
suelo que pasa el tamiz de 3 pulgadas pero retenido sobre el tamiz No.
4 = R4.
Criterio
Fracción de Fracción de Fracción de
Arena
Símbolo de R200
Fracción de Grava Arena
Grupo (%) (%) Nombre de Grupo
Grava
CL <15 Arcilla magra
15 a 29 ≥1 Arcilla magra con arena
<1 Arcilla magra con grava
≥30 ≥1 <15 Arcilla magra arenosa
≥1 ≥15 Arcilla magra arenosa con grava
<1 <15 Arcilla magra gravosa
<1 ≥15 Arcilla magra gravosa con arena
ML <15 Limo
15 a 29 ≥1 Limo con arena
<1 Limo con grava
≥30 ≥1 <15 Limo arenoso
≥1 ≥15 Limo arenoso con grava
<1 <15 Limo gravoso
<1 ≥15 Limo gravoso con arena
CL-ML <15 Arcilla limosa
15 a 29 ≥1 Arcilla limosa con arena
<1 Arcilla limosa con grava
≥30 ≥1 <15 Arcilla limosa arenosa
≥1 ≥15 Arcilla limosa arenosa con grava
<1 <15 Arcilla limosa gravosa
<1 ≥15 Arcilla limosa gravosa con arena
CH <15 Arcilla grasa
15 a 29 ≥1 Arcilla grasa con arena
<1 Arcilla grasa con grava
≥30 ≥1 <15 Arcilla grasa arenosa
≥1 ≥15 Arcilla grasa arenosa con grava
<1 <15 Arcilla grasa gravosa
<1 ≥15 Arcilla grasa gravosa con arena
MH <15 Limo elástico
15 a 29 ≥1 Limo elástico con arena
<1 Limo elástico con grava
≥30 ≥1 <15 Limo elástico arenoso
≥1 ≥15 Limo elástico arenoso con grava
<1 <15 Limo elástico gravoso
<1 ≥15 Limo elástico gravoso con arena
25
Tabla 2.4: Nombres de grupo para suelos orgánicos de grano fino
(basados en ASTM D-2487)
Fuente: (Das, 1999)
Nota: R200 = porcentaje de suelo retenido sobre el tamiz No. 200;
fracción de arena = porcentaje del suelo que pasa el tamiz No. 4 pero es
retenido sobre el tamiz No. 200 = R200 – R4; fracción de grava =
porcentaje del suelo que pasa el tamiz de 3 in. pero es retenido sobre el
tamiz No. 4 = R4
Criterio
Símbolo Fracción
Fracción Fracción
de arena
de Fracción de grava de arena
Grupo Plasticidad R200 de grava (%) (%) Nombre de Grupo
OL
OH
PI ≥ 4, y los límites <15 Arcilla orgánica de Atterberg están 15 a 29 ≥1 Arcilla orgánica con arena en o sobre la línea A <1 Arcilla orgánica con arena ≥30 ≥1 <15 Arcilla orgánica arenosa <1 ≥15 Arcilla orgánica arenosa con grava <15 Arcilla orgánica gravosa ≥15 Arcilla orgánica gravosa con arena PI < 4, y los límites <15 Limo orgánico de Atterberg están 15 a 29 ≥1 Limo orgánico con arena bajo la línea A <1 Limo orgánico con grava ≥30 ≥1 <15 Limo orgánico arenoso <1 ≥15 Limo orgánico arenoso con grava <15 Limo orgánico gravoso ≥15 Limo orgánico gravoso con arena PI ≥ 4, y los límites <15 Arcilla orgánica de Atterberg están 15 a 29 ≥1 Arcilla orgánica con arena en o sobre la línea A <1 Arcilla orgánica con arena ≥30 ≥1 <15 Arcilla orgánica arenosa <1 ≥15 Arcilla orgánica arenosa con grava <15 Arcilla orgánica gravosa ≥15 Arcilla orgánica gravosa con arena PI < 4, y los límites <15 Limo orgánico de Atterberg están 15 a 29 ≥1 Limo orgánico con arena bajo la línea A <1 Limo orgánico con grava ≥30 ≥1 <15 Limo orgánico arenoso <1 ≥15 Limo orgánico arenoso con grava <15 Limo orgánico gravoso ≥15 Limo orgánico gravoso con arena
26
Según la siguiente gráfica se puede apreciar los tipos de suelo existentes
en función del límite líquido y el índice de plasticidad del suelo.
Figura 2.12: Gráfica de Plasticidad
Fuente Gráfica: (Das, 1999)
2.9.2. Humedad Natural (ASTM D-2216) 3
La Humedad natural de un suelo no es más que la relación o el
cociente que existe entre el peso de agua de una partícula de suelo
y el peso solido de esta partícula, el valor de la Humedad esta
expresado en porcentaje ósea que luego de dividir los pesos se
multiplica por cien. La Humedad es muy importante determinarla al
momento de querer hacer cualquier obra civil en el suelo ya que por
medio de esta sabemos la cuanto resiste y como se va a comportar
el suelo donde se construye.
3 (Das, 1999)
70
60
PI 50 CH
Línea U
o
Pla
sti
cid
ad
,
OH
40 PI = 0.9*(LL-8)
Línea A
de
30 CL
PI = 0.73*(LL-20)
Ind
ice
o
20 OL
MH
CL - ML
ML
o
10 OH
o
7
OL
4
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Límite líquido, LL
Figura B.11 Gráfica de
Plasticidad.
1
(Braja M. Das, "Principles of Foundation Engineering ", 4th Ed., 1999)
27
Determinación de la consistencia del suelo utilizando los límites
de Atterberg.
La consistencia de una muestra de suelo cambia según la
cantidad de agua presente. Estos cambios en la consistencia del
suelo se pueden medir con exactitud en el laboratorio, utilizando las
normas preestablecidas que determinan los Límites de Atterberg.
Estos Límites se pueden utilizar para juzgar la aptitud del suelo para
la construcción de diques de estanque y pequeñas presas de tierra.
Para la mejor comprensión del diseño y la construcción de los
estanques piscícolas, y su análisis con los técnicos especializados,
debe familiarizarse con la terminología relacionada con este
proceso, así como con su importancia general.
Un límite de Atterberg corresponde al contenido de Humedad
con que una muestra de suelo cambia de una consistencia a otra.
Dos de los límites de Atterberg resultan de especial interés para la
acuicultura, el límite líquido y el límite plástico, cuya definición se
basa en tres consistencias del suelo:
Consistencia líquida - barro fluido o líquido;
Consistencia plástica - se puede amasar y
moldear;
28
Consistencia semisólida - ya no se puede
moldear y el volumen disminuye (contracción) a
medida que se seca la muestra.
Figura 2.13: Plasticidad del material. Límites de Atterberg
Fuente Gráfica: www.construmatica.com/construpedia/EnsayodeSuelos
2.9.3. Índice de Plasticidad (ASTM D-4318)4
El Índice de plasticidad se define como la diferencia numérica
entre el Limite Líquido y el Limite Plástico:
Un Índice de plasticidad bajo, como por ejemplo del 5%, significa
que un pequeño incremento en el con tenido de Humedad del suelo,
lo transforma de semisólido a la condición de líquido, es decir resulta
muy sensible a los cambios de Humedad. Por el contrario, un índice
de plasticidad alto, como por ejemplo del 20%, indica que para que
un suelo pase del estado semisólido al líquido, se le debe agregar
gran cantidad de agua.
4 (Das, 1999)
De Retracción
L.R.
Plástico
L.P.
Líquido
L.L.
Sólida Semi-Sólida
(Frágil)
Plástica
(Moldeable)
Fluida
(Viscosa)
29
En suelos no plásticos, no es posible determinar el Índice de
plasticidad. El día grama de plasticidad indicada en la figura 1.7,
según los Límites de Atterberg, permite diferenciar - el índice de
plasticidad de limos y arcillas, en función del Limite Líquido LI. y del
contenido normal de Humedad WN.
Figura 2.14: Diagrama de Plasticidad según los Límites de
Atterberg
Fuente Gráfica: (Das, 1999)
El Índice de plasticidad define el campo plástico de un suelo y
representa el porcentaje de Humedad que deben tener las arcillas
para conservarse en estado plástico. Este valor permite determinar
los parámetros de asentamiento de un suelo y su expansividad
potencial. (Das, 1999)
2.9.4. Límite líquido (LL) (ASTM D-4318)
Porcentaje de contenido de Humedad con que un suelo cambia, al
disminuir su Humedad, de la consistencia líquida a la plástica, o, al
30
aumentar su Humedad, de la consistencia plástica a la líquida. (Das,
1999)
Figura 2.15: Límite líquido. Método Casagrande
Fuente Gráfica: http://geotecnia-sor.blogspot.com/2010/11/
consistencia-del-suelo-limites-de_19.html
2.9.5. Límite plástico (LP) (ASTM D-4318)5
Porcentaje de contenido de Humedad con que un suelo cambia al
disminuir su Humedad de la consistencia plástica a la semisólida, o, al
aumentar su Humedad, de la consistencia semisólida a la plástica.
5 (Das, 1999)
31
El límite plástico es el límite inferior del estado plástico. Un pequeño
aumento en la Humedad sobre el límite plástico destruye la cohesión
del suelo.
Nota: estos límites se pueden determinar en el laboratorio de forma fácil
y poco costosa, utilizando muestras alteradas y sin alterar.
Los límites líquido y plástico dependen de la cantidad y el tipo de
arcilla presentes en el suelo:
Un suelo con un alto contenido de arcilla generalmente posee
altos LL y LP;
Las arcillas coloidales poseen un LL y un LP superiores a los de
las arcillas no coloidales;
La arena, la grava y la turba no tienen plasticidad.su LP = 0;
Los limos presentan plasticidad sólo ocasionalmente, su LP es
igual o ligeramente superior a 0.
Tabla 2.5: Tipos de suelo con respecto a su Índice de Plasticidad
Tipo de suelo LL PL IP
Arenas 20 0 0
Limos 27 20 7
Arcillas 100 45 55
Arcillas coloidales 399 46
32
2.9.6. RELACIÓN DE PESO UNITARIO – HUMEDAD EN LOS
SUELOS (ASTM D-422)6
Pruebas de compactación
Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos
teóricamente, en laboratorio las condiciones dadas de compactación
en terreno. Históricamente, el primer método, respecto a la técnica
que se utiliza actualmente, es el debido R.R. Próctor y que es
conocido como Prueba Próctor estándar. El más empleado,
actualmente, es la denominada prueba Próctor modificado en el que
se aplica mayor energía de compactación que el estándar siendo el
que está más de acuerdo con las solicitaciones que las modernas
estructuras imponen al suelo. También para algunas condiciones
se utiliza el que se conoce como Próctor de 15 golpes.
Todos ellos consisten en compactar el suelo, con condiciones
variables que se especifican a continuación:
Tabla 2.6: Especificaciones de pruebas en laboratorio
Método
Próctor
N Tamaño
molde
(cm)
Volumen
molde
(cm)
Pisón
(kg)
Nº
Ca
pas
Altur
a
caída
(cm)
Nº
Golpes
Energía
compac.
/ volumen
(kg*m/m3)
ESTÁNDAR 1 11.64*10.16 943.33 2.49 3 30.48 25 60.500
ESTÁNDAR 2 11.64*15.24 2123.03 2.49 3 30.48 55 60.500
MODIFICADO 3 11.64*10.16 943.33 2.49 5 45.72 25 275.275
MODIFICADO 4 11.64*15.24 2123.03 2.49 5 45.72 55 275.275
15 GOLPES 5 11.64*10.16 943.33 2.49 3 30.48 15 36.400
6 http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica6.htm
33
Los métodos 1 y 3 se emplean con suelos que tienen un alto %
de partículas bajo la malla #4 = 4.76 mm, un buen criterio es considerar
80% en peso como mínimo. Los métodos 2 y 4 se emplean con suelos
que tienen un % importante de partículas mayores a la malla #4 y
menores que ¾.
La energía específica de compactación se obtiene aplicando la
siguiente fórmula:
Dónde:
Ee = Energía específica
N = Numero de golpes por capa
n = Número de capas de suelo
W = Peso del pisón
H = Altura de caída libre del pisón
V = Volumen del suelo compactado.
Con este procedimiento de compactación, Próctor estudió la
influencia que ejercía en el proceso el contenido inicial de agua de
suelo. Observó que a contenidos de Humedad crecientes, a partir de
valores bajos, se obtenían más altos pesos específicos secos y, por lo
34
tanto, mejores compactaciones de suelo, pero que esa tendencia no se
mantenía indefinidamente, sino que al pasar la Humedad de un cierto
valor, los pesos específicos secos obtenidos disminuían, resultando
peores compactaciones en la muestra. Es decir, que existe una
Humedad inicial denominada Humedad optima, que produce el máximo
peso específico seco que puede lograrse con este procedimiento de
compactación y, por consiguiente, la mejor compactación del suelo.
Los resultados de las pruebas de compactación se grafican en
curvas que relacionan la Densidad seca versus el contenido de agua,
lo que se puede apreciar en la Figura 2.15, para diferentes suelos.
Figura 2.16: Gráfica de Próctor Modificado
Fuente Gráfica: Ensayo de Laboratorio
1.52
1.54
1.56
1.58
1.60
1.62
1.64
10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% 21% 22% 23% 24% 25% 26% 27% 28% 29% 30%
D E
N S
I D
A D
S
E C
A
[kg
/cm
3]
H U M E D A D [ % ]
35
2.9.7. Ensayo de California Bearing Ratio (C.B.R) (ASTM D-1883)7
El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en
Kilos/cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr
una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4
centímetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a
un contenido de Humedad y densidad dadas con respecto a la carga
unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de
penetración en una muestra estándar de material triturada, en
ecuación, esto se expresa:
Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:
Tabla 2.7: Valores de Carga Unitaria
Penetración Carga unitaria patrón
mm Pulgada Mpa Kg/cm2 psi
2,54 0,1 6,90 70,00 1000
5,08 0,2 10,30 105,00 1500
7,62 0,3 13,10 133,00 1900
10,16 0,4 15,80 162,00 2300
12,7 0,5 17,90 183,00 2600
El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para
una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR
7 http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica7.htm
36
para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe
aceptarse como valor final de CBR.
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras
compactadas al contenido de Humedad óptimo para el suelo
específico, determinado utilizando el ensayo de compactación
estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas
ASTM D698-70 ó D1557-70 (para el molde de 15.5 cm de diámetro),
se debe compactar muestras utilizando las siguientes energías de
compactación:
Tabla 2.8: Energías de Compactación
Método Golpes Capas Peso del martillo
N
D698 2 (suelos de grano fino) 56 3 24,5
4 ( suelos gruesos) 56 3 24,5
D1557 2 (suelos de grano fino) 56 5 44,5
4 (suelos gruesos) 56 5 44,5
El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el
comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y
sub-rasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente
tabla da una clasificación típica:
37
Tabla 2.9: Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos
CBR Clasificación
general
usos Sistema de Clasificación
Unificado AASHTO
0 - 3 muy pobre subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7
3 - 7 pobre a regular subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7
7 - 20 regular sub-base OL,CL,ML,SC A2,A4,A6,A7
SM,SP
20 - 50 bueno base,subbase GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3
SP,GP A2-6
> 50 excelente base GW,GM A1-a,A2-4,A3
Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales
se leen tablas utilizando directamente el número CBR y se lee el
espesor de la sub-rasante (“Principios de diseño de pavimentos”, Jhon
Wiley & Sons, 1959).
Figura 2.17: Gráfica de % CBR
Fuente Gráfica: http://ingenieriasalva.blogspot.com/2008/
12/clculos-y-grficos-ensayo-cbr.html
y = 0.0091x + 1.3466
1.350
1.400
1.450
1.500
1.550
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0
CBR
Corregido(%)
Densidad Seca (g/cm³)
CBR CORREGIDO - DENSIDAD
SECA
38
2.10. ENSAYOS PARA MICROPAVIMENTOS
2.10.1. Azul de Metileno (ISSA TB-145)
Este ensayo a través de los valores de reactividad de los finos del
agregado nos determina las características del emulsificante químico a
utilizar en el diseño de la emulsión asfáltica y porcentaje de aditivo
retardador. (Guía Básica para el diseño de Micropavimentos)
Tabla 2.10: Valor de Azul de Metileno y Comportamiento de la
mezcla asfáltica
Valor de Azul de Metileno
Desempeño Anticipado
(mg/g)
≤ 6 Excelente
7 - 12 Marginalmente aceptable
13 - 19 Problemas / Posible Falla
≥ 20 Fallado
Figura 2.18: Equipo para ensayo de Azul de Metileno
Fuente Gráfica: http://www.earth-auroville.com/
nigeria_transfer_en.php
39
2.10.2. Ensayo de la Rueda Cargada (ISSATB-109)
El ensayo de rueda cargada es una simulación a escala de
laboratorio que fue desarrollada para reproducir los efectos que las
cargas del tránsito y la temperatura producen sobre una mezcla
asfáltica, es decir, generar de manera acelerada deformaciones
permanentes en la mezcla. Este ensayo permite conocer en laboratorio
la performance de una dada mezcla asfáltica antes de ser colocada en
el pavimento, lo que lo convierte en una herramienta importante a la
hora del diseño de una mezcla asfáltica.
Sin embargo en nuestro país no es normalmente utilizada en esta
etapa sino como comprobación una vez que surgen problemas en el
camino.
Las propiedades reológicas (estudio de la relación entre el esfuerzo
y la deformación de los fluidos) se utilizan para caracterizar a los
ligantes asfálticos en relación con el desempeño de las mezclas en lo
referente a los modos de falla que se suscitan en el pavimento.
El proceso de ahuellamiento es un tipo de defecto o falla que se
produce en pavimentos asfálticos, que consiste en una depresión
canalizada en la huella de circulación de los vehículos. Se produce en
pavimentos asfálticos sometidos a una combinación de elevados
niveles de tránsito, tráfico pesado y/o lento, y altas temperaturas de
servicio a escala del material compuesto, esto es en concretos
asfálticos. (ISSA, 2010)
40
Figura 2.19: Elementos para el Ensayo de la Rueda Cargada
Fuente Gráfica: http://www.e-asphalt.com/laboratorio_asfaltos/
2.10.3. Ensayo de Abrasión en Húmedo (ISSA TB-100)
Este método define la cantidad mínima de emulsión necesaria para
obtener un micropavimento con la cohesión suficiente para resistir la
acción abrasiva producida por el tráfico.
El procedimiento consiste en ensayar una probeta circular de
micropavimento, secada en horno a 60ºC hasta lograr masa constante,
la cual se sumerge en un baño de agua a 25ºC durante una hora, para
posteriormente ser sometida a la acción abrasiva de un cilindro de
goma que roza su superficie en forma orbital.
Como resultado del ensaye se obtiene la pérdida de masa que
experimenta la probeta.
La pérdida máxima que puede sufrir la probeta es de 540 g/m2 al estar
sumergida durante una hora.
(ISSA, 2010)
41
Figura 2.20: Equipo para Ensayo de Abrasión en Húmedo
2.10.4. Ensayo de Cohesión (ISSA TB-139)
El ensayo consiste en la simulación del giro torsional del neumático
de un vehículo, que mide el torque necesario para desintegrar una
muestra de mezcla, de 6 - 8 mm de espesor por 600 mm de diámetro
bajo la acción de un vástago neumático con almohadilla de caucho de
32 mm de diámetro a una presión de 200 kPa. (ISSA, 2010)
42
Figura 2.21: Clasificación de Mezclas en función del par de torsión y
del tiempo de curado
Fuente Gráfica: (ISSA, 2010)
Esta curva proporciona información relativa a la evolución de la
cohesión de la mezcla, lo que a su vez permite definir los tiempos de
apertura al tráfico.
Establece una clasificación de acuerdo a las siguientes definiciones:
Tiempo de rotura: Es el tiempo que transcurre entre la fabricación de
la mezcla hasta que ésta no puede ser remezclada homogéneamente;
no se producen desplazamientos laterales al presionar suavemente la
muestra con el dedo; no mancha un papel de fieltro colocado y
presionado ligeramente sobre la superficie de la mezcla; o, cuando la
emulsión ha quebrado y ésta no puede diluirse o arrastrarse al añadir
agua a la mezcla. Esto ocurre cuando la torsión alcanza el valor de 12
kg.cm medidos en el torsiómetro.
Tiempo de apertura al tráfico: Es el tiempo que se requiere desde
que se extiende la mezcla hasta que se pueda permitir el tráfico de
43
vehículos sobre ella sin causar desperfectos en la misma. Este tiempo
queda definido por el valor de 20 kg.cm en el torsiómetro.
Mezcla de curado rápido: Es la mezcla que alcanza 12 - 13 kg.cm en
el par de torsión dentro de los primeros 30 min.
Mezcla de apertura rápida al tráfico: Es la mezcla que alcanza 20 -
21 kg.cm en el torsiómetro dentro de los primeros 60 min.
Como anteriormente se mencionó, el requisito que presenta el
micropavimento es que sea de curado rápido - apertura rápida al tráfico,
lo que implica que requiere valores de 12 - 13 kg.cm a los 30 min y de
20 - 21 kg.cm a los 60 min marcados en el torsiómetro.
Figura 2.22: Equipo para Cohesión de micropavimentos
2.10.5. Ensayo de Consistencia con el Cono (ISSA TB-106)
El ensayo consiste en ir variando la cantidad de agua de premezcla,
de forma de obtener la cantidad necesaria de agua en la mezcla, que
produzca una fluidez entre 2 y 3 cm, una vez que se levanta el molde
44
cónico lleno con mezcla. Esta fluidez se mide en una placa de
escurrimiento para ensaye de consistencia. (ISSA, 2010)
Figura 2.23: Ensayo de Consistencia de mezclas asfálticas
Fuente Gráfica: (ISSA, 2010)
La cantidad de agua total en la mezcla se calcula de la siguiente
manera.
W = W1 + Et (1 − R)
Donde
W : Porcentaje de agua total en la mezcla (%).
W1 : Porcentaje de agua de premezcla referido al agregado seco (%).
Et : Contenido de emulsión teórico referido al agregado seco (%).
R : Residuo asfáltico de la emulsión (expresado en forma decimal).
45
CAPITULO III
ENSAYOS EN LIMOS ARENOSOS
Figura 3.1: Muestra de Suelo de Tipo Limo Arenoso
3.1. Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM D-136)
Figura 3.2: Proceso de tamizado según Norma ASTM D-136
46
Para éste ensayo se utilizó los siguientes tamices:
Tabla 3.1: Cuadro de Granulometría del Suelo de Tipo Limo Arenoso
Como se puede observar el 96% del suelo pertenece a granulometría de
arena.
Figura 3.3: Curva Granulométrica
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0.010.101.0010.00
CURVA GRANULOMÉTRICA
GRANULOMETRÍA
Tamiz RETENIDO PASA # Parcial Total % %
1 " 0 0 0,0% 100% 3/4" 0 0 0,0% 100% 1/2" 0 0 0,0% 100% 3/8" 0 0 0,0% 100% Nº 4 2,48 2,48 1,1% 99% Nº10 13,89 16,37 7,4% 93% Nº 40 11,03 27,4 12,5% 88% Nº 200 186 213,4 97,0% 3%
Pasa Nº 200 6,6 Total Húmedo 243,7 Total Seco 220,0 PORCENTAJE DE GRAVA 1% PORCENTAJE DE ARENA 96% PORCENTAJE DE FINOS 3%
47
3.2. Equivalente de Arena (ASTM D-2419)
Figura 3.4: Resultados y proceso de Ensayo de Equivalente de Arena
Después de realizar cuatro ensayos siguiendo el procedimiento debido de la
norma ASTM D-2419 para éste ensayo, se obtuvo los siguientes datos:
Tabla 3.2: Cuadro de valores resultantes del ensayo de Equivalente de
arena
MUESTRA H(Altura original de la arena antes de
introducir el pistón)
h (Altura original de la arena después de introducir el pistón)
EQUIVALENTE DE ARENA (%)
1 4,6 1,3 28,26%
2 4,5 1,5 33,33%
3 4,5 1,4 31,11%
4 4,7 1,3 27,66%
PROMEDIO: 30,1%
48
El cuadro define el porcentaje de arena en el material fino, lo que se puede
observar que el 69.9% del material pasante del tamiz N°4, es material limoso
(completamente fino).
3.3. Ensayos de Estabilización en Suelo Natural
3.3.1. Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para el suelo
de Tipo Limo Arenoso en Estado Natural.
Figura 3.5: Ensayo de Límite Líquido y Límite Plástico
El procedimiento para la obtención de los siguientes datos, se
sigue en base a la norma ASTM D-4318, y los datos están
detallados en la siguiente tabla.
49
Tabla 3.3: Cuadro de Parámetros para obtener el índice de
Plasticidad del Suelo
Golpes Capsula PC+SH PC+SS P Cap Humedad
# # gr. gr. gr. %
HUMEDAD NATURAL
6 182,94 177,04 122,27 10,77%
PRI 191,87 185,05 121,52 10,74%
B140 181,25 175,25 120,02 10,86%
LIMITE LÍQUIDO
47 103 25,90 23,50 14,60 26,97%
28 G60 21,40 19,21 11,00 26,67%
17 P4 27,00 23,50 13,40 34,65%
LIMITE PLÁSTICO
36 8,20 7,89 6,70 26,05%
76 7,40 7,17 6,00 19,66%
A0 7,40 7,16 6,10 22,64%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
10 100
HU
MED
AD
(%
)
NUMERO DE GOLPES
LIMITE LÍQUIDO
50
Tabla 3.4: Cuadro Resumen para Clasificación SUCS del suelo.
RESUMEN
Limite Líquido 30%
Limite Plástico 23%
Índice de Plasticidad 8%
Humedad Natural 11%
Clasificación SUCS OM
El Índice de Plasticidad de éste suelo es bajo por lo tanto para
estabilizar éste suelo no se va a tener altos porcentajes de material
estabilizante.
51
3.3.2. Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas Golpes por capa Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2493 g
MUESTRA >>> 1 2 3 4
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde A 5890 6040 6151 6103
Peso del molde B 4262 4262 4262 4262
Peso suelo húmedo C=A-B 1628 1778 1889 1841
Volúmen del molde D 939 939 939 939
Densidad húmeda E=C/D 1.73 1.89 2.01 1.96
Tarro No. 44m B1 PE23 40 P J0 67 PR
Tarro + suelo húmedo F 160.10 163.60 169.60 175.70 199.40 167.00 174.90 191.90
Tarro + suelo seco G 155.81 159.00 163.48 168.70 187.28 159.29 165.19 178.95
Peso de agua H=F-G 4.29 4.60 6.12 7.00 12.12 7.71 9.71 12.95
Peso del tarro I 120.60 121.60 121.80 122.50 122.30 118.40 121.70 121.40
Peso del suelo seco J=G-I 35.21 37.40 41.68 46.20 64.98 40.89 43.49 57.55
Contenido de agua K=H/J 12.18% 12.30% 14.68% 15.15% 18.65% 18.86% 22.33% 22.50%
Contenido promedio L 12.24% 14.92% 18.75% 22.41%
Densidad seca M 1.545 1.648 1.694 1.602
52
Figura 3.6: Gráfica de Humedad Óptima para obtener la Densidad Máxima Seca
Densidad Máxima:
1,694 g/cm3 Humedad óptima:
17,96%
La Humedad óptima del suelo de tipo limo arenoso para obtener la compactación máxima es del 17.96%.
y = -46,094x2 + 16,559x + 0,2069
1.52
1.54
1.56
1.58
1.60
1.62
1.64
1.66
1.68
1.70
1.72
10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% 21% 22% 23% 24%
D E
N S
I D
A D
S
E C
A
[k
g/c
m3]
H U M E D A D [ % ]
53
3.3.3. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO
1B 9 PA2
No. DE CAPAS
5 5 5
No. DE GOPES POR CAPA
12 25 56
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT.
PESO MUESTRA HÚMEDA + MOLDE
g 11255 11636 11395 11721 11478 11699
PESO MOLDE
g 7263 7263 7261 7261 7105 7105
PESO MUESTRA HÚMEDA
g 3992 4373 4134 4460 4373 4594
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2325 2327.0
1 2325
2325.61
2325 2326.0
8
PESO UNITARIO HÚMEDO
g/cm³
1.717 1.879 1.778 1.918 1.881 1.975
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.461 1.483 1.536 1.499 1.615 1.577
Siguiente →
54
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT.
CONTENIDO DE AGUA
ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO ARRIB
A ABAJ
O ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
CAPSULA
Nº 11 P12 39 2H B2 110 6M 3 M59 J6-1 NB35 M2L
PESO DE LA CAPSULA
g 122.0 121.3 118.1 121.8 123.1 121.0 121.2 122.0 121.1 121.2 120.0 121.7
PESO DE MUESTRA HÚMEDA + CAP.
g 189.4 180.2 177.0 186.1 183.0 188.3 178.9 182.4 192.0 185.4 188.6 191.4
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 179.4 171.4 164.7 172.4 174.7 179.3 166.5 169.0 182.0 176.3 174.7 177.4
HUMEDAD % 17.42 17.56 26.39 27.08 16.09 15.44 27.37 28.51 16.42 16.52 25.41 25.13 PROMEDIO DE HUMEDAD
% 17.49 26.73 15.76 27.94 16.47 25.27
DATOS DE ESPONJAMIENTO
FECHA TIEMP
O
MOL. Nº
1B H (cm)
= 12.7
MOL. Nº
9 H (cm)
= 12.7
MOL. Nº
PA2 H (cm)
= 12.7
HORAS EN
DIAS DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL ESPONJAMIEN
TO DIAL
ESPONJAMIENTO
0 162 0 0.00 147 0 0.00 400 0 0.00
1 166 4 0.08 147 0 0.00 402 2 0.04
2 166 4 0.08 148 1 0.02 402 2 0.04
DATOS DE PENETRACION CI066
CONSTANTE ANILLO 0.0109819X Siguiente →
55
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CA
RG
A
S
MOLDE Nº
1B MOLDE Nº
9 MOLDE Nº
PA2
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR
ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO
lbs/pulg
² dial
lbs/pulg²
% dial lbs/pul
g² % dial
lbs/pulg²
%
0 0 0 0 0 0 0
0.025 8 6.58 11 9.05 57 46.89
0.050 21 17.27 44 36.20 145 119.28
0.075 34 27.97 85 69.92 210 172.75 0.100 1000 45 37.02 3.7 116 95.42 9.5 266 218.82 21.9
0.200 1500 68 55.94 3.7 192 157.94 10.5 433 356.19 23.7
0.300 85 69.92 264 217.17 562 462.31
0.400 104 85.55 329 270.64 685 563.49 0.500 128 105.29 386 317.53 802 659.74
56
Figura 3.7: Gráfica Presión vs Penetración para CBR
Figura 3.8: Gráfica del CBR Corregido vs Densidad Seca
Tabla 3.5: Cuadro de los Valores de los CBR en función de la Densidad
VALOR CBR
MAXIMA DENSIDAD CBR % % 95 1609 28,8
100 1694 44,7
El CBR del suelo de tipo limo arenoso al 95% que es el que simula los datos
reales de capacidad portante que tiene el suelo, es de 28.8%, que es un valor
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Pre
sió
n (
lbs/
pu
lg²)
Penetración (pulg.)
PRESION - PENETRACION
y = 0,0053x + 1,457
1.4601.4801.5001.5201.5401.5601.5801.600
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0
CBR
Corregido(%)
Densidad Seca (g/cm³)
CBR CORREGIDO - DENSIDAD SECA
57
muy bajo para el diseño del micropavimento, y se procederá a realizar una
estabilización con cal, cemento, emulsión asfáltica y órgano-silanos.
3.3.4. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 3.9: Ensayo de Compresión en Probeta de Suelo Natural
Tabla 3.6: Resultados obtenidos de Ensayo de Compresión Simple
PROBET
A
PESO DIAS ROT.
H Ds Dm Di CARG
A DEF. RESISTENCIA
TIPO FALLA
HÚM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2
NQ1 229,28 194,36 28 8,82 4,12 4,11 4,24 99,92 0,79 7,36 6,55
VERT
NQ2 201,88 171,03 28 8,36 4,17 4,00 4,09 75,24 1,02 5,74 VERT
NQ3 200,98 185,76 14 8,65 4,12 4,08 4,08 31,43 0,50 2,39 2,39 VERT
La compresión del suelo sometido a su compactación máxima a los 28 días
de curado se obtuvo una resistencia promedio entre las dos probetas de
6.55 Kg/cm2.
58
3.3.5. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL NATURAL
PROBETA 0%
F. moldeo 02/10/2013
F. inicio 02/10/2013
hora inicio 9:00
Húm % 17%
P. Húm 254,99
P. seco
Siguiente → 217,47
P 50% 236,23
P. inicial 236,23
Húm. Inic 9%
Perd. % 9%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HÚM.
minutos mm gr %
5 50 241,4 11,03%
10 65 247,21 13,70%
30 80 251,50 15,67%
60 100 254,92 17,25%
100 100 255,19 17,37%
150 100 256,98 18,20%
240 100 259,98 19,58%
480 100 262,11 20,55%
600 100 265,18 21,97%
Se puede apreciar que éste tipo de suelo por el alto contenido de
granulometría fina (limos), es un material completamente permeable lo cual
en 30 minutos tuvo un ascenso capilar total de la probeta. Y la probeta se
deshizo completamente como se puede apreciar en el siguiente gráfico.
59
Figura 3.10: Probeta a los 0 min y a los 30min del Ensayo
3.4. Estabilización del Suelo con Cemento
Para estabilizar el suelo de tipo limo arenoso se hizo algunos ensayos
para determinar el porcentaje óptimo de cemento.
Figura 3.11: Suelo mezclado con el 1% de Cemento
60
3.4.1. Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para el suelo
de Tipo Limo Arenoso Mezclado con el porcentaje óptimo de
Cemento.
4.
5.
Figura 3.12: Ensayo de límite líquido
6.
Figura 3.13: Ensayo de límite de plasticidad
Tabla 3.7: Cuadro para obtener el índice de plasticidad del suelo
modificado con cemento
Golpes Capsula PC+SH PC+SS P Cap Humedad
# # gr. gr. gr. %
HUMEDAD NATURAL
6 182,94 177,04 122,27 10,77%
PRI 191,87 185,05 121,52 10,74%
B140 181,25 175,25 120,02 10,86%
61
LIMITE LÍQUIDO
44 81-1 24,00 21,90 14,36 27,25%
37 3 22,40 20,41 12,60 25,48%
23 65 22,20 19,87 11,10 26,57%
16 P2 23,40 21,36 13,70 26,63%
Figura 3.14: Gráfica de Humedad vs # de Golpes
Siguiente →
LIMITE PLÁSTICO
65 7,59 7,31 6,28 27,08%
5 8,21 7,89 6,63 25,40%
72 7,48 7,22 6,22 26,00%
Tabla 3.8: Cuadro Resumen del Índice de Plasticidad
RESUMEN
Limite Líquido 26%
Limite Plástico 26%
Índice de Plasticidad 0%
Por lo tanto el Suelo se encuentra estabilizado ya que se obtuvo un
Índice de Plasticidad del 0%.
26%26%26%26%27%27%27%27%27%27%
10 100
HU
MED
AD
(%
)
NUMERO DE GOLPES
LIMITE LÍQUIDO
62
3.4.2. Ensayo de Próctor Modificado para Suelo Limo Arenoso mezclado con Cemento (ASTM D-422).
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas Golpes por
capa Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2174 g MUESTRA >>> 1 2 3 4
Molde No. M3 Peso suelo húmedo + molde A 5889 6007 6124 6144 Peso del molde B 4180 4180 4180 4180 Peso suelo húmedo C=A-B 1709 1827 1944 1964 Volúmen del molde D 939 939 939 939 Densidad húmeda E=C/D 1.82 1.95 2.07 2.09 Tarro No. 303 ep14 a27 i2 e46 z2000 4 s32 Tarro + suelo húmedo F 38.50 35.00 41.10 44.20 48.30 41.50 35.30 34.40 Tarro + suelo seco G 36.10 33.10 37.80 41.10 43.40 37.70 31.40 30.60
Peso de agua H=F-
G 2.40 1.90 3.30 3.10 4.90 3.80 3.90 3.80
Peso del tarro I 11.70 13.40 13.80 14.00 14.40 14.40 11.10 10.80 Peso del suelo seco
J=G-I 24.40 19.70 24.00 27.10 29.00 23.30 20.30 19.80
Contenido de agua K=H/J 9.84% 9.64% 13.75% 11.44% 16.90% 16.31% 19.21% 19.19% Contenido promedio L 9.74% 12.59% 16.60% 19.20% Densidad seca M 1.659 1.728 1.776 1.755
63
Figura 3.15: Curva de Humedad óptima para obtener la densidad máxima del suelo.
Densidad Máxima:
1,772 g/cm3 Humedad óptima:
16,68%
La mezcla del suelo de tipo limo arenoso con el 1% de cemento, se obtuvo una humedad óptima del 16.68%, la cual ayuda a que
el suelo estabilizado llegue a tener una compactación máxima.
y = -23,792x2 + 7,9374x + 1,1097
1.64
1.66
1.68
1.70
1.72
1.74
1.76
1.78
1.80
8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20%
D E
N S
I D
A D
S
E C
A
[k
g/c
m3]
H U M E D A D [ % ]
64
3.4.3. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO
M3 4 2MG64
No. DE CAPAS
5 5 5
No. DE GOPES POR CAPA
12 56 25
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
PESO MUESTRA HUMEDA + MOLDE
g 10999 11423 11074 11380 11271 11626
PESO MOLDE
g 7104 7104 6801 6801 7166 7166
PESO MUESTRA HUMEDA
g 3895 4319 4273 4579 4105 4460
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2325 2325.61 2325 2326.08 2325 2326.08
PESO UNITARIO HUMEDO
g/cm³
1.675 1.857 1.838 1.969 1.765 1.917
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.438 1.405 1.574 1.501 1.533 1.472
Siguiente →
65
CONTENIDO DE AGUA
ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
CAPSULA Nº R7 E46 J4 E38 PD37 P5 72 P34 78 304 22 3 PESO DE LA CAPSULA
g 13.8 14.4 13.9 11.9 12.1 14.4 14.0 12.1 14.6 11.4 13.7 12.4
PESO DE MUESTRA HUMEDA + CAP.
g 63.4 66.0 70.1 72.6 48.6 54.6 71.7 72.4 59.4 53.8 64.4 54.0
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 56.3 58.8 56.1 58.2 43.4 48.8 57.7 58.4 53.5 48.2 52.3 44.6
HUMEDAD % 16.71 16.22 33.18 31.10 16.61 16.86 32.04 30.24 15.17 15.22 31.35 29.19 PROMEDIO DE HUMEDAD
% 16.46 32.14 16.74 31.14 15.19 30.27
DATOS DE ESPONJAMIENTO
FECHA
TIEMPO MOL.
Nº M3 H (cm) = 12.7
MOL. Nº
4 H (cm)
= 12.7
MOL. Nº
2MG64
H (cm) =
12.7
HORAS
EN DIAS DIAL ESPONJAMIENT
O DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL ESPONJAMIENT
O 0 151 0 0.00 231 0 0.00 331 0 0.00 1 151 0 0.00 233 2 0.04 332 1 0.02 2 152 1 0.02 233 2 0.04 333 2 0.04
DATOS DE PENETRACION CI066
CONSTANTE ANILLO 0.0109819X Siguiente →
66
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CARGAS MOLDE Nº M3 MOLDE Nº 4 MOLDE Nº 2MG6
4
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR
ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGID
O
lbs/pulg² dial lbs/pul
g² % dial
lbs/pulg²
% dial lbs/pulg² %
0 0 0 0 0 0 0 0.025 7 5.76 61 50.18 32 26.32 0.050 16 13.16 111 91.31 64 52.65 0.075 22 18.10 155 127.51 91 74.86 0.100 1000 28 23.03 2.3 191 157.12 15.7 114 93.78 9.4 0.200 1500 55 45.24 3.0 291 239.38 16.0 177 145.60 9.7 0.300 83 68.28 374 307.66 231 190.02 0.400 107 88.02 479 394.03 286 235.27 0.500 137 112.70 563 463.13 332 273.11
67
Figura 3.16: Gráfica Presión vs Penetración para CBR
Figura 3.17: Gráfica de CBR Corregido vs Densidad Seca
Tabla 3.9: Cuadro de CBR en función a la Densidad máxima seca
VALOR CBR
MAXIMA DENSIDAD
CBR
% % 95 1683 40,2
100 1772 52,5
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6Pre
sió
n (
lbs/
pu
lg²)
Penetración (pulg.)
PRESION - PENETRACION
y = 0,0072x + 1,3939
1.4001.4201.4401.4601.4801.5001.520
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0
CBR
Corregido(%)
Densidad Seca (g/cm³)
CBR CORREGIDO - DENSIDAD SECA
68
Estabilizando el suelo con cemento pudimos subir el CBR al 95% del limo
arenoso del 28.8% del suelo normal al 40.2% que es el CBR del suelo
estabilizado.
3.4.4. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 3.18: Ensayo de Compresión Simple en Suelo Cemento
Tabla 3.10: Cuadro de valores de resistencia de las probetas
ensayadas.
PROBETA
PESO DIAS ROT
H Ds Dm Di CARGA DEF RESISTENCIA TIPO FALLA HÚM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2
IQ1 252,55 217,57 28 8,70 4,22 4,39 4,50 127,46 1,60 8,50
13,74
VERT
IQ3 155,71 135,35 28 7,95 3,54 3,58 3,66 128,40 1,02 12,66 VERT
IQ4 151,78 131,91 28 7,86 3,70 3,66 3,65 212,10 1,07 20,05 VERT
IQ5 155,26 135,18 14 7,75 3,77 3,60 3,72 45,32 1,70 4,22 4,22 VERT
69
Figura 3.19: Comparación de las resistencias obtenidas a los 28 días
entre suelo natural y suelo-cemento
La resistencia a la compresión a los 28 días subió de 6.55 a 13.74
Kg/cm2, lo cual es una resistencia aceptable para tráfico vehicular.
Figura 3.20: Comparación de las resistencias obtenidas a los 14 días
entre suelo natural y suelo-cemento
13.74
6.55
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (28 días)
CEMENTO 1% NORMAL
4.22
2.39
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (14 días)
CEMENTO 1% NATURAL
70
3.4.5. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL CEMENTO
PROBETA 1% F. moldeo 02/10/2013 F. inicio 02/10/2013
hora inicio 9:00 Húm % 18% P. Húm 250,16 P. seco 212,32 P 50% 231,24
P. inicial 231,24 Húm. Inic 9% Perd. % 9% TIEMPO ASC.
CAP PESO HÚM.
minutos mm gr % 5 50 232,43 9,47% 10 54 236,51 11,39% 30 67 240,14 13,10% 60 100 244,45 15,13%
100 100 247,56 16,60% 150 100 251,23 18,33% 240 100 254,87 20,04% 480 100 255,67 20,42% 600 100 259,79 22,36%
La mezcla de cemento con el suelo también se mantiene permeable, la
cual el agua por capilaridad subió los 10cm en 60 minutos, en el siguiente
gráfico se puede apreciar que la probeta se deshizo totalmente.
Figura 3.21: Probeta de Suelo-Cemento 1% durante el Ensayo
71
Figura 3.22: Gráfica resultados de capilaridad en función del tiempo de
ensayo.
En la gráfica que se presenta se puede apreciar que la línea roja
(cemento), se acerca más a la curva celeste que la purpura, esto quiere
decir que el suelo estabilizado con cemento es más resistente y funciona
frente al ascenso capilar.
Figura 3.23: Gráfica de aumento de humedad en función del tiempo
0
20
40
60
80
100
120
1 10 100 1000
Asc
en
so C
apila
r, (
mm
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
CEMENTO
Base
NATURAL
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
5 50 500
Hu
me
dad
, (%
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
L.P.
Hum. Opt.
CEMENTO
NATURAL
72
En la gráfica se puede apreciar que los valores de humedad después de
los 100 minutos se encuentran entre la humedad óptima y el límite de
plasticidad del suelo estabilizado.
3.5. Estabilización de Suelo con Cal
Para estabilizar el suelo de tipo limo arenoso se hizo algunos ensayos para
determinar el porcentaje óptimo de cal.
Figura 3.24: Suelo Modificado con el 2% de Cal.
3.5.1. Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para el suelo
de Tipo Limo Arenoso Mezclado con el porcentaje óptimo de
Cal.
Golpes Capsula PC+SH PC+SS P Cap. Humedad
# # gr. gr. gr. %
HUMEDAD NATURAL
6 182,94 177,04 122,27 10,77%
PRI 191,87 185,05 121,52 10,74%
B140 181,25 175,25 120,02 10,86%
Siguiente →
73
LIMITE LÍQUIDO
42 82 22,50 20,51 12,90 26,15%
35 67 23,20 21,12 13,20 26,26%
22 32 22,10 20,15 12,70 26,17%
14 P7 21,30 19,67 13,50 26,42%
Figura 3.25: Gráfica Humedad vs # de golpes
LIMITE PLÁSTICO
23 7,61 7,32 6,21 26,13%
6 8,19 7,83 6,44 25,90%
P15 7,48 7,22 6,22 26,00%
Figura 3.26: Ensayo de límite líquido. Casa Grande
26%26%26%26%26%26%26%26%26%26%26%26%
10 100
HU
MED
AD
(%
)
NUMERO DE GOLPES
LIMITE LÍQUIDO
74
Figura 3.27: Ensayo de límite plástico
Tabla 3.11: Cuadro Resumen del Índice de Plasticidad del suelo modificado
RESUMEN
Limite Líquido 26% Limite Plástico 26% Índice de Plasticidad 0%
Por lo tanto el suelo se encuentra estabilizado con el 2% de cal, obteniendo
satisfactoriamente un índice de plasticidad de 0%.
75
3.5.2. Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas
Golpes por capa Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2174 g
MUESTRA >>> 1 2 3 4
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde
A 4925 5099 5162 5140
Peso del molde B 3330 3330 3330 3330
Peso suelo húmedo C=A-B 1595 1769 1832 1810
Volúmen del molde D 939 939 939 939
Densidad húmeda E=C/D 1.70 1.88 1.95 1.93
Tarro No. PD37 A8 22 J17 304 J-13 I11 A26
Tarro + suelo húmedo F 48.70 51.60 50.50 55.00 32.60 48.20 59.70 59.50
Tarro + suelo seco G 44.90 47.90 45.40 49.10 29.30 42.30 51.00 50.70
Peso de agua H=F-G 3.80 3.70 5.10 5.90 3.30 5.90 8.70 8.80
Peso del tarro I 12.10 13.00 13.70 12.80 11.40 13.70 12.50 11.90
Peso del suelo seco J=G-I 32.80 34.90 31.70 36.30 17.90 28.60 38.50 38.80
Contenido de agua K=H/J 11.59% 10.60% 16.09% 16.25% 18.44% 20.63% 22.60% 22.68%
Contenido promedio L 11.09% 16.17% 19.53% 22.64%
Densidad seca M 1.529 1.622 1.632 1.572
76
Figura 3.28: Curva para obtener la Humedad óptima en la densidad máxima seca
Densidad Máxima:
1,633 g/cm3 Humedad óptima:
17,70%
La humedad óptima para llegar a una compactación máxima del suelo estabilizado con cal fue del 17.70%.
y = -24,063x2 + 8,5204x + 0,8789
1.52
1.54
1.56
1.58
1.60
1.62
1.64
10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% 21% 22% 23% 24% 25% 26% 27% 28% 29% 30%
D E
N S
I D
A D
S
E C
A
[k
g/c
m3]
H U M E D A D [ % ]
77
3.5.3. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO
1 2 3
No. DE CAPAS 3 3 3 No. DE GOLPES POR CAPA
12 25 56
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE
SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE
SAT. DESPUES DE
SAT.
PESO MUESTRA HUMEDA + MOLDE
g 11301 11518 11469 11584 11532 11617
PESO MOLDE g 7256 7256 7163 7163 7124 7124 PESO MUESTRA HUMEDA
g 4045 4262 4306 4421 4408 4493
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2327.0 2327.0 2325.1 2325.1 2325.1 2325.1
PESO UNITARIO HUMEDO
g/cm³
1.740 1.832 1.852 1.901 1.896 1.932
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.485 1.469 1.575 1.558 1.614 1.568
Siguiente →
78
CONTENIDO DE AGUA
ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA ABAJ
O CAPSULA
Nº 10 EA1 J0 39 C110 J1 GM 2H EA2 3 N335 B5
PESO DE LA CAPSULA
g 122.3 121.4 118.3 118.4 120.7 119.2 121.1 122.1 120.9 122.0 120.0 119.5
PESO DE MUESTRA HUMEDA + CAP.
g 187.5 181.2 169.5 181.2 191.8 172.5 210.7 205.9 183.5 168.8 202.3 207.9
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 178.0 172.4 159.9 168.1 181.1 164.6 194.7 190.6 174.1 161.9 188.5 189.5
HUMEDAD % 17.06 17.25 23.08 26.36 17.72 17.40 21.74 22.34 17.67 17.29 20.15 26.29 PROMEDIO DE HUMEDAD
% 17.16 24.72 17.56 22.04 17.48 23.22
DATOS DE ESPONJAMIENTO
FECHA
TIEMPO
MOL.
Nº 1
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº 2
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº 3 H (cm) = 12.7
HORAS
EN DIAS
DIAL ESPONJAMIEN
TO DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL ESPONJAMIENT
O 0 163 0 0.00 228 0 0.00 429 0 0.00 1 165 2 0.04 228 0 0.00 425 -4 -0.08 2 167 4 0.08 228 0 0.00 420 -9 -0.18
DATOS DE PENETRACION CI063
CONSTANTE ANILLO 0.0407117X Siguiente →
79
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CARGAS
MOLDE Nº
1
MOLDE Nº
2 MOLDE Nº
3
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR
ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGID
O ENSAYO CORREGIDO
lbs/pulg²
dial lbs/pul
g² % dial lbs/pulg² % dial lbs/pulg² %
0 0 0 0 0 0 0 0.025 50 152.48 51 155.53 68 207.37 0.050 115 350.70 121 369.00 165 503.18 0.075 151 460.48 190 579.42 245 747.14 0.100 1000 170 518.43 51.8 232 707.50 70.7 287 875.23 87.5 0.200 1500 216 658.71 43.9 349 1064.30 71.0 375 1143.59 76.2 0.300 253 771.54 429 1308.26 450 1372.30 0.400 276 841.68 516 1573.58 519 1582.72 0.500 304 927.07 569 1735.20 599 1826.69
80
Figura 3.29: Gráfica de Presión vs Penetración para obtener CBR
Figura 3.30: Gráfica de CBR corregido vs Densidad Seca
Tabla 3.12: Cuadro de CBR en función de la densidad máxima seca
VALOR CBR
MAXIMA DENSIDAD
CBR
% % 95 1551 78,0
100 1633 107,2
El CBR del suelo estabilizado con cal es del 78%, lo cual brinda una
capacidad portante del suelo muy grande, haciendo que se pueda colocar
una capa de rodadura.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Pre
sió
n (
lbs/
pu
lg²)
Penetración (pulg.)
PRESION - PENETRACION
y = 0,0028x + 1,333
1.450
1.500
1.550
1.600
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
CBR
Corregido(%)
Densidad Seca (g/cm³)
CBR CORREGIDO - DENSIDAD SECA
81
3.5.4. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 3.31: Ensayo de Compresión a la Probeta Suelo-Cal
Tabla 3.13: Cuadro de resistencias de las probetas ensayadas
PROB PESO DIAS
ROT
H Ds Dm Di CARGA DEF. RESISTENCIA TIPO FALLA HÚM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2 Kg/cm2
CQ1 235,28 200,66 28 8,92 4,32 4,10 4,20 325,28 1,07 23,40
29,67
VERT CQ2 260,87 222,83 28 9,13 4,40 4,40 4,40 275,32 0,69 18,11 VERT CQ4 137,62 121,78 28 7,75 3,55 3,45 3,56 400,74 1,24 41,18 VERT CQ5 137,49 121,11 28 7,83 3,30 3,25 3,40 311,00 1,40 36,00 VERT CQ6 164,57 145,23 14 7,65 3,70 3,71 3,74 273,20 1,52 25,18 25,18 VERT
Figura 3.32: Comparación de resultados obtenidos de resistencia a los 28
días entre suelo normal, suelo-cemento y suelo-cal
29.67
13.74
6.55
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (28 días)
CAL 2% CEMENTO 1% NORMAL
82
La resistencia a la compresión del suelo a los 28 días es bastante buena
con relación a los otros materiales de estabilización, y permite tener unos
buenos resultados como subrasante, que tranquilamente, podría servir
como sub-base.
Figura 3.33: Comparación de resultados obtenidos de resistencia a los 14
días entre suelo normal, suelo-cemento y suelo-cal
3.5.5. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL CAL
PROBETA 2%
F. moldeo 02/10/2013
F. inicio 02/10/2013
hora inicio 9:00
Húm % 20%
P. Húm 240,25
P. seco 200,61
P 50% 220,43
P. inicial 220,43
Húm. Inic 10%
Perd. % 10%
Siguiente →
25.18
4.22 2.39
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (14 días)
CAL 2% CEMENTO 1% NATURAL
83
TIEMPO ASC. CAP
PESO HÚM.
minutos mm gr %
5 40 222,19 10,76%
10 45 224,71 12,01%
30 57 227,81 13,56%
60 66 231,62 15,46%
100 71 233,62 16,45%
150 77 236,27 17,78%
240 87 240,78 20,02%
480 100 242,89 21,08%
600 100 248,23 23,74%
Figura 3.34: Gráfica de ascenso capilar en función del tiempo ensayado
Como se puede observar en el gráfico la curva azul, que es la que
representa a la cal se encuentra más cercana a la curva celeste, que los
otros materiales de estabilización, lo cual garantiza un ascenso capilar más
lento.
0
20
40
60
80
100
120
1 10 100 1000
Asc
en
so C
apila
r, (
mm
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
CAL
CEMENTO
Base
NATURAL
84
Figura 3.35: Gráfico del aumento de la Humedad de las probetas en
función del tiempo.
Se puede apreciar que la humedad para la mezcla con cal se asemeja a los
otros materiales estabilizantes, y alcanza la humedad óptima a los 200
minutos, hasta llegar a la humedad en la que alcanza su límite plástico.
La consistencia de ésta mezcla es más resistente ya que la probeta no se
deshizo pese a que alcanzó su humedad de límite plástico, como se puede
apreciar en el siguiente gráfico.
Figura 3.36: Probeta de suelo-cal en el ensayo de Capilaridad
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
5 50 500
Hu
me
dad
, (%
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
L.P.
Hum. Opt.
CAL
CEMENTO
NATURAL
85
3.6. Estabilización del Suelo con Emulsión Asfáltica
Para realizar la estabilización del suelo de tipo limo arenoso con
emulsión asfáltica se procedió a obtener la cantidad de asfalto que
contenía la emulsión para poder sacar el porcentaje óptimo de
emulsión para estabilizar el suelo.
Figura 3.37: Mezcla de Suelo – 1.5% de Emulsión Asfáltica
3.6.1. Ensayo de Porcentaje de Agua de la Emulsión Asfáltica
TARA PESO TARA
PESO TARA + EMULSIÓN NORMAL
PESO TARA +
EMULSIÓN SECA
PESO DE
AGUA
% AGUA EN
EMULSIÓN
% DE ASFALTO
EN EMULSIÓN
% DE ASFALTO
PROMEDIO
1 62.55 72.68 68.71 3.97 39.19 60.81
60.98 2 71.52 81.68 77.71 3.97 39.07 60.93
3 63.01 73.09 69.18 3.91 38.79 61.21
86
Figura 3.38: Muestras de Emulsión para obtener el porcentaje de agua
Se pudo obtener a través de éste ensayo que la emulsión asfáltica contenía
un porcentaje de asfalto del 60.98%, lo cual quiere decir que el resto de
emulsión es agua, la misma que se tiene que tomar en cuenta para aplicar
la humedad óptima para llegar a la compactación máxima.
87
3.6.2. Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)
Se aplicó el próctor modificado únicamente para hallar el porcentaje óptimo de emulsión asfáltica, manteniendo la humedad
óptima obtenida en el próctor modificado del suelo natural.
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas Golpes por
capa Peso Martillo Altura caída
PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2500 g
MUESTRA >>> 0.5% 1% 2% 3%
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde
A 5956 5978 5966 5946
Peso del molde
B 4171 4171 4171 4171
Peso suelo húmedo
C=A-B 1786 1808 1796 1775
Volúmen del molde
D 943 943 943 943
Densidad húmeda
E=C/D 1.89 1.92 1.90 1.88
88
Figura 3.39: Curva para la obtención del porcentaje óptimo de Emulsión
Asfáltica, para obtener la densidad máxima seca del suelo.
Densidad Máxima:
1,913 g/cm3 Emulsión Asfáltica
óptima: 1,52%
El porcentaje óptimo de Emulsión asfáltica para obtener la compactación
máxima y por ende estabilizar el suelo es de 1.52%, manteniendo una
humedad óptima del 17.96%.
y = -147,24x2 + 4,4692x + 1,8793
1.88
1.88
1.89
1.89
1.90
1.90
1.91
1.91
1.92
1.92
0% 1% 1% 2% 2% 3% 3% 4%
D E
N S
I D
A D
H
Ú M
E D
A
[kg
/cm
3]
CANTIDAD DE EMULSIÓN ASFÁLTICA [ % ]
89
3.6.3. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 3.40: Ensayo de Compresión para la probeta Suelo-
Emulsión Asfáltica
Tabla 3.14: Cuadro de valores de resistencias de las probetas
ensayadas con el 1.5% de Emulsión Asfáltica.
PROB PESO DIAS ROT
H Ds Dm Di CARGA DEF. RESISTENCIA TIPO FALLA
HÚM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2 Kg/cm2
EQ1 258,77 218,92 28 8,70 4,43 4,38 4,41 125,42 0,84 8,22 6,56 VERT
EQ3 231,98 196,38 28 8,12 4,41 4,22 4,32 109,10 1,27 7,45 VERT
EQ4 197,26 167,05 28 7,70 4,12 4,20 4,40 74,24 0,91 5,26 VERT
EQ5 193,94 164,89 14 7,57 4,37 4,14 4,30 42,12 1,47 2,94 2,94 VERT
EQ6 206,45 174,80 28 8,03 4,32 4,18 4,26 75,44 1,02 5,31 VERT
90
Figura 3.41: Comparación de resistencias a los 28 días entre suelo normal,
Suelo-Cemento, Suelo-Cal y Suelo-Emulsión Asfáltica
Como se puede apreciar en la gráfica la resistencia a la compresión que
soporta el suelo estabilizado con emulsión asfáltica es demasiado bajo, lo que
se podría despreciar ésta opción para éste tipo de suelo.
Figura 3.42: Comparación de resistencias a los 14 días entre suelo normal,
Suelo-Cemento, Suelo-Cal y Suelo-Emulsión Asfáltica
29.67
13.74
6.56 6.55
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (28 días)
CAL 2% CEMENTO 1% EMULSIÓN ASFALTICA 1,52% NORMAL
25.18
4.22 2.94 2.39
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (14 días)
CAL 2% CEMENTO 1% EMULSIÓN ASFALTICA 1,52% NATURAL
91
3.6.4. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL EMULSIÓN ASFÁLTICA
PROBETA 1,52%
F. moldeo 02/10/2013
F. inicio 02/10/2013
hora inicio 9:00
Húm % 19%
P. Húm 259,04
P. seco 217,42
P 50% 238,23
P. inicial 238,23
Húm. Inic 10%
Perd. % 10%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HÚM.
minutos mm gr %
5 48 241,4 11,03%
10 63 246,21 13,24%
30 78 250,50 15,21%
60 100 253,92 16,79%
100 100 255,19 17,37%
150 100 257,48 18,43%
240 100 259,98 19,58%
480 100 261,11 20,09%
600 100 269,18 23,81%
Figura 3.43: Gráfica de Ascenso Capilar en función del tiempo ensayado
0
20
40
60
80
100
120
1 10 100 1000
Asc
en
so C
apila
r, (
mm
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
CAL
CEMENTO
EMULSIÓN ASFÁLTICA
TERRASIL
NATURAL
Base
92
Como se puede observar claramente en la gráfica la línea verde,
perteneciente a la emulsión asfáltica se encuentra demasiada alejada de la
curva normada, lo cual se puede concluir que la estabilización con emulsión
asfáltica con éste material no es nada ventajoso.
Figura 3.44: Gráfica de Humedad en función del tiempo ensayado
Como se puede observar en la siguiente gráfica la probeta estabilizada con
emulsión asfáltica se deshizo totalmente, durando aproximadamente 120
minutos en humedecerse totalmente llegando a la humedad óptima en ése
tiempo.
Figura 3.45: Probeta en proceso de Ensayo de Capilaridad
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
5 50 500
Hu
me
dad
, (%
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
CAL
CEMENTO
EMULSIÓN ASFÁLTICA
Hum. Opt.
L.P.
NATURAL
93
3.7. Ensayos de Estabilización en Suelo con Órgano Silanos
Figura 3.46: Mezcla de Suelo con Organo-Silanos.
Para hacer una estabilización con Órgano-Silanos se utilizó a una
dosificación recomendada por el fabricante, la misma que es de 1Kg
de Órgano-Silano por cada metro cúbico de suelo.
Las ventajas de trabajar con éste producto son:
La mezcla de Órgano Silano se la hizo en el agua de adición
calculada de la humedad óptima.
100% de Impermeabilidad
Aumento de prestaciones
Facilidad de aplicación
94
3.7.1. Próctor Modificado en Suelo Natural (ASTM D-422)
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas Golpes por capa Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2493 g
MUESTRA >>> 1 2 3 4
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde A 5890 6040 6151 6103
Peso del molde B 4262 4262 4262 4262
Peso suelo húmedo C=A-B 1628 1778 1889 1841
Volúmen del molde D 939 939 939 939
Densidad húmeda E=C/D 1.73 1.89 2.01 1.96
Tarro No. 44m B1 PE23 40 P J0 67 PR
Tarro + suelo húmedo F 160.10 163.60 169.60 175.70 199.40 167.00 174.90 191.90
Tarro + suelo seco G 155.81 159.00 163.48 168.70 187.28 159.29 165.19 178.95
Peso de agua H=F-G 4.29 4.60 6.12 7.00 12.12 7.71 9.71 12.95
Peso del tarro I 120.60 121.60 121.80 122.50 122.30 118.40 121.70 121.40
Peso del suelo seco J=G-I 35.21 37.40 41.68 46.20 64.98 40.89 43.49 57.55
Contenido de agua K=H/J 12.18% 12.30% 14.68% 15.15% 18.65% 18.86% 22.33% 22.50%
Contenido promedio L 12.24% 14.92% 18.75% 22.41%
Densidad seca M 1.545 1.648 1.694 1.602
95
Figura 3.47: Gráfica de Proctor para obtener el porcentaje óptimo de humedad para la compactación máxima
Densidad Máxima:
1,694 g/cm3 Humedad óptima:
17,96%
El Próctor es el mismo que el del suelo natural ya que la característica de éste producto es que primero se obtiene la Humedad
óptima, para luego ser mezclada con el agua a adicionarse para obtener la compactación máxima del suelo.
y = -46,094x2 + 16,559x + 0,2069
1.52
1.54
1.56
1.58
1.60
1.62
1.64
1.66
1.68
1.70
1.72
10% 11% 12% 13% 14% 15% 16% 17% 18% 19% 20% 21% 22% 23% 24%
D E
N S
I D
A D
S
E C
A
[kg
/cm
3]
H U M E D A D [ % ]
96
3.7.2. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO
1 2 3
No. DE CAPAS
5 5 5
No. DE GOPES POR CAPA
56 25 12
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE
SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT.
PESO MUESTRA HUMEDA + MOLDE
g 11479 11722 11430 11701 11126 11395
PESO MOLDE
g 7116 7116.3 7184 7183.6 7188 7188
PESO MUESTRA HUMEDA
g 4362 4606.1 4247 4517.2 3939 4208
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2329 2332.51 2329 2338.10 2329 2329.72
PESO UNITARIO HUMEDO
g/cm³
1.873 1.975 1.823 1.932 1.691 1.806
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.594 1.558 1.575 1.510 1.452 1.442 Siguiente →
97
CONTENIDO DE AGUA
ARRIB
A ABAJ
O ARRIB
A ABAJ
O ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO ARRIB
A ABAJ
O CAPSULA
Nº 11 P12 39 2H B2 110 6M 3 M59 J6-1 NB35 M2L
PESO DE LA CAPSULA
g 122.0 121.3 118.1 121.8 123.1 121.0 121.2 122.0 121.1 121.2 120.0 121.7
PESO DE MUESTRA HUMEDA + CAP.
g 189.4 180.2 177.0 186.1 183.0 188.3 178.9 182.4 192.0 185.4 188.6 191.4
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 179.4 171.4 164.7 172.4 174.7 179.3 166.5 169.0 182.0 176.3 174.7 177.4
HUMEDAD
% 17.42 17.56 26.39 27.08 16.09 15.44 27.37 28.51 16.42 16.52 25.41 25.13
PROMEDIO DE HUMEDAD
% 17.49 26.73 15.76 27.94 16.47 25.27
DATOS DE ESPONJAMIENTO
FECHA
TIEMPO
MOL.
Nº 1
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº 2
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº 3
H (cm) =
12.7
HORAS
EN DIAS
DIAL ESPONJAMIENT
O DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL ESPONJAMIEN
TO 0 162 0 0.00 147 0 0.00 400 0 0.00 1 166 8 0.16 147 9 0.18 402 2 0.04 2 166 8 0.16 148 10 0.20 402 2 0.04 3 8 0.16 20 0.40 2 0.04 DATOS DE PENETRACION CI066 CONSTANTE ANILLO 0.0109819X Siguiente →
98
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CARGA
S
MOLDE Nº
1 MOLDE Nº
2 MOLDE Nº
3
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR
ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO
lbs/pulg²
dial lbs/pulg² % dial lbs/pul
g² % dial
lbs/pulg²
%
0 0 0 0 0 0 0 0.025 62 51.00 6 4.94 13 10.69 0.050 175 143.96 20 16.45 14 11.52 0.075 300 246.78 39 32.08 15 12.34 0.100 1000 400 329.05 32.9 54 44.42 4.4 16 13.16 1.3 0.200 1500 582 478.76 31.9 75 61.70 4.1 17 13.98 0.9 0.300 681 560.20 104 85.55 18 14.81 0.400 740 608.73 129 106.12 19 15.63 0.500 740 608.73 154 126.68 21 17.27
99
Figura 3.48: Gráfica de Presión vs Penetración para CBR
Figura 3.49: Gráfica de CBR corregido vs Densidad Seca.
Tabla 3.15: Cuadro de CBR en función de la densidad máxima seca.
VALOR CBR
MAXIMA DENSIDAD CBR % % 95 1609 49.4
100 1694 78.6
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Pre
sió
n (
lbs/
pu
lg²)
Penetración (pulg.)
PRESION - PENETRACION
y = 0.0029x + 1.466
1.4201.4401.4601.4801.5001.5201.5401.5601.580
00 05 10 15 20 25 30 35
CBR
Corregido(%)
Densidad Seca (g/cm³)
CBR CORREGIDO - DENSIDAD SECA
100
El valor obtenido 49.4% de CBR al 95% es admisible según la norma, por lo
tanto la estabilización con Órgano-Silanos es perfecta para realizarla siempre
y cuando no sea demasiado costoso.
3.7.3. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 3.50: Ensayo de Compresión en Probeta de Suelo-OrganoSilanos
Tabla 3.16: Cuadro de resistencias obtenidas de las probetas al 1Kg/m3
de Organo-Silanos
PROBETA PESO DIAS ROT.
H Ds Dm Di CARGA DEF. RESISTENCIA TIPO FALLA
HÚM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2
ORGANO-SILANOS 1Kg/m3
T3 307.17 268.60 28 10.07 4.46 4.70 4.60 235.54 80.00 14.26 14.82 VERT
T4 312.96 273.83 28 9.91 4.68 4.58 4.51 257.98 65.00 15.59 VERT
T5 293.40 256.94 28 9.64 4.56 4.78 4.55 245.90 72.00 14.61 VERT
T8 340.82 299.66 14 10.24 4.70 4.76 4.64 216.18 12.46 12.46 VERT
101
Figura 3.51: Comparación de resistencia a los 28 días entre todos los
materiales estabilizantes.
Como se pudo observar en la gráfica la resistencia a la compresión del
suelo estabilizado con Órgano-silanos, tiene 14.82Kg/cm2 a los 28 dias
de curado, lo cual permite tener una buena capacidad portante para
soportar el paso del tráfico.
Figura 3.52: Comparación de resistencia a los 14 días entre todos los
materiales estabilizantes.
29.67
13.746.56
14.826.55
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (28 días)
CAL 2% CEMENTO 1%
EMULSIÓN ASFALTICA 1,52% TERRASIL 1Kg/m3
NORMAL
25.18
4.22 2.94
12.46
2.39
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
Resistencia a la Compresión con Materiales Estabilizantes (14 días)
CAL 2% CEMENTO 1%
EMULSIÓN ASFALTICA 1,52% TERRASIL 1Kg/m3
NATURAL
102
3.7.4. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL ORGANO-SILANOS
PROBETA 1Kg/m3
F. moldeo 10/24/2013
F. inicio 10/24/2013
hora inicio 9:00
hum % 20%
P. hum 315.66
P. seco 261.98
P 50% 288.82
P. inicial 288.82
Hum. Inic 10%
Perd. % 10%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HUM.
minutos mm gr %
5 0 288.82 10.25%
10 0 288.82 10.25%
30 0 288.82 10.25%
60 0 288.82 10.25%
100 0 288.82 10.25%
Figura 3.53: Gráfica de Ascenso Capilar de las probetas en función del
tiempo ensayado.
0
20
40
60
80
100
120
1 10 100 1000
Asc
en
so C
apila
r, (
mm
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
CAL
CEMENTO
EMULSIÓN ASFÁLTICA
TERRASIL
NATURAL
Base
103
Figura 3.54: Gráfica del aumento de Humedad en las probetas en función
del tiempo ensayado.
Los resultados en absorción capilar del suelo con Órgano-silanos, fue
perfecta, ya que no absorbió absolutamente nada de agua, éste producto
de estabilización le volvió al suelo completamente impermeable, lo que
sería muy ventajoso para una vía, ya que el problema de todo suelo es el
agua, con éste producto se pudo solucionar éste problema tan importante.
Figura 3.55: Probeta de Suelo-OrganoSilano (Impermeable)
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
5 50 500
Hu
me
dad
, (%
)
Tiempo, (min)
Suelo - Quinche
CAL
CEMENTO
EMULSIÓN ASFÁLTICA
TERRASIL
Hum. Opt.
L.P.
NATURAL
104
3.8. Comparación de Relación Soporte California (CBR)
Figura 3.56: Comparación de los materiales estabilizantes en
función de la Densidad máxima Seca al 100%.
Figura 3.57: Comparación de los materiales estabilizantes en
función de la Densidad máxima Seca al 95%.
1633
1772
1694 1694
De
nsi
dad
máx
ima
seca
, (g/
cm3
)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
DENSIDAD MÁXIMA SECA AL 100%
CAL 2% CEMENTO 1% TERRASIL NORMAL
1551
1683
1609 1609
De
nsi
dad
máx
ima
seca
, (g/
cm3
)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
DENSIDAD MÁXIMA SECA AL 95%
CAL 2% CEMENTO 1% TERRASIL NORMAL
105
Figura 3.58: Comparación de los materiales estabilizantes en
función del CBR al 100%.
Figura 3.59: Comparación de los materiales estabilizantes en
función del CBR al 95%.
Nota: Como se puede observar la mejor opción para el caso de un
CBR en un suelo limo arenoso es la cal, por sus propiedades
naturales que reaccionan y se acoplan de mejor manera a un suelo
limoso, pero en el caso de la impermeabilidad es mejor la
estabilización con órgano-silanos.
107
53
79
45
CB
R, (
%)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
CBR AL 100%
CAL 2% CEMENTO 1% TERRASIL NORMAL
78
4049
29
CB
R, (
%)
Materiales para Estabilizazación de Suelos
CBR AL 95%
CAL 2% CEMENTO 1% TERRASIL NORMAL
106
CAPITULO IV
ENSAYOS EN LIMO ORGÁNICO ARENOSO
Figura 4.1: Muestra de Suelo de Tipo Limo Orgánico Arenoso
4.1. Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM C-136)
Figura 4.2: Ensayo granulométrico del Suelo
107
Los tamices utilizados para el ensayo granulométrico son los siguientes:
Tabla 4.1: Cuadro de resultados de la granulometría
GRANULOMETRÍA
Tamiz RETENIDO PASA
# Parcial Total % %
1 " 0 0 0,0% 100%
3/4" 0 0 0,0% 100%
1/2" 0 0 0,0% 100%
3/8" 0 0 0,0% 100%
Nº 4 2,48 2,48 0,9% 99%
Nº10 13,89 16,37 6,2% 94%
Nº 40 11,03 27,4 10,5% 90%
Nº 200 186 213,4 81,4% 19%
Pasa Nº 200 48,6
Total Húmedo 384,0
Total Seco 262,0
PORCENTAJE DE GRAVA 1%
PORCENTAJE DE ARENA 80%
PORCENTAJE DE FINOS 19%
Éste suelo tiene un alto porcentaje de arena, como se puede observar en la
tabla es del 80%, y predomina en la siguiente gráfica.
108
Figura 4.3: Curva Granulométrica del Suelo Tamizado
4.2. Equivalente de Arena
Figura 4.4: Ensayo de Equivalente de Arena en el Suelo
Después de realizar cuatro ensayos siguiendo el procedimiento debido de
la norma ASTM D-2419 para éste ensayo, se obtuvo los siguientes datos:
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0.010.101.0010.00
CURVA GRANULOMÉTRICA
109
Tabla 4.2: Cuadro de resultados del ensayo de Equivalente de Arena en el
Suelo
MUESTRA H(Altura original de
la arena antes de introducir el pistón)
h (Altura original de la arena después de introducir el pistón)
EQUIVALENTE DE ARENA (%)
1 7,4 1,2 16,22%
2 9,7 1,32 13,61%
3 9,7 1,2 12,37%
4 9,3 1,3 13,98%
PROMEDIO: 14,0%
El cuadro define el bajo porcentaje de arena en el material fino, lo que se
puede observar que el 86% del material pasante del tamiz N°4, es material
limoso (completamente fino).
4.3. Ensayos de Estabilización en Suelo Natural
4.3.1. Ensayos de Índice de Plasticidad para el suelo de Tipo Limo
Orgánico Arenoso en Estado Natural.
Golpes Capsula PC+SH PC+SS P Cap Humedad
# # gr. gr. gr. % HUMEDAD NATURAL 300 181,74 164,18 121,54 41,18% PRI 85,88 67,77 24,79 42,14% B140 82,69 61,65 24,31 56,35% LIMITE LÍQUIDO
44 300 23,10 20,55 14,30 40,80% 37 111 23,09 20,57 14,48 41,38% 23 L 20,78 18,23 12,11 41,67% 16 81 23,90 21,03 14,22 42,14%
110
Figura 4.5: Gráfica de Porcentaje de Humedad vs Número de Golpes
LIMITE PLÁSTICO J4 5,75 5,47 4,50 28,87% 96 7,91 7,64 6,63 26,73% EA 7,10 6,86 5,98 27,27%
Tabla 4.3: Cuadro de resumen para definir la clasificación del Suelo
RESUMEN
Limite Líquido 42%
Limite Plástico 28%
Índice de Plasticidad 14%
Humedad Natural 47%
Clasificación SUCS OL
El Índice de Plasticidad de éste suelo es bajo por lo tanto para
estabilizar éste suelo no se va a tener altos porcentajes de material
estabilizante.
111
4.3.2. Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas Golpes por
capa Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2001 g
MUESTRA >>> 1 2 3
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde A 6036 6098 6048
Peso del molde B 4264 4264 4264
Peso suelo húmedo C=A-B 1772 1834 1784
Volúmen del molde D 939 939 939
Densidad húmeda E=C/D 1.89 1.95 1.90
Tarro No. j61 16 68 ok nb35 d53
Tarro + suelo húmedo F 182.40 173.60 178.90 176.30 194.50 200.20
Tarro + suelo seco G 170.95 163.95 166.82 164.93 177.75 182.61
Peso de agua H=F-G 11.45 9.65 12.08 11.37 16.75 17.59
Peso del tarro I 121.20 121.50 119.80 119.80 119.90 121.30
Peso del suelo seco J=G-I 49.75 42.45 47.02 45.13 57.85 61.31
Contenido de agua K=H/J 23.02% 22.73% 25.69% 25.19% 28.95% 28.69%
Contenido promedio L 22.87% 25.44% 28.82%
Densidad seca M 1.536 1.557 1.475
112
Figura 4.6: Gráfica de Próctor para obtener la Humedad óptima
Densidad Máxima:
1,559 g/cm3 Humedad óptima:
24,91%
La Humedad óptima del suelo de tipo limo orgánico arenoso para obtener la compactación máxima es del 24.91%.
113
4.3.3. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO
1A2 3M564 PA4
No. DE CAPAS
12 25 56
No. DE GOPES POR CAPA
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT. DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT. DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT. DESPUES DE SAT.
PESO MUESTRA HUMEDA + MOLDE
g 11202 11427 11536 11642 11753 11729
PESO MOLDE g 7127 7127 7180 7180 7166 7166
PESO MUESTRA HUMEDA
g 4075 4300 4356 4462 4587 4563
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2325 2327.01
2325 2325.14
2325 2325.14
PESO UNITARIO HUMEDO
g/cm³
1.753 1.848 1.873 1.919 1.973 1.962
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.424 1.388 1.505 1.486 1.973 1.516
Siguiente →
114
CONTENIDO DE AGUA
ARRIBA
ABAJO ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO ARRIBA
ABAJO
CAPSULA Nº B1 E23 14 201 P DK 70 110 PR 11 NB35 M21
PESO DE LA CAPSULA
g 121.5 121.8 122.3 118.3 122.2 119.7 118.3 120.9 121.3 122.0 119.9 121.6
PESO DE MUESTRA HUMEDA + CAP.
g 178.7 187.9 210.7 196.8 178.7 169.6 204.8 190.5 0.0 0.0 206.5 183.9
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 168.0 175.5 188.0 177.9 168.3 159.2 185.4 174.7 0.0 0.0 185.6 170.6
HUMEDAD % 23.01 23.09 34.55 31.71 22.56 26.33 28.91 29.37 0.00 0.00 31.81 27.14
PROMEDIO DE HUMEDAD
% 23.05 33.13 24.44 29.14 0.00 29.48
DATOS DE ESPONJAMIENTO FECH
A TIEMP
O MOL.
Nº 1A2 H (cm)
= 12.7 MOL.
Nº 3M564 H (cm)
= 12.7 MOL.
Nº PA4 H (cm)
= 12.7
HORAS
EN DIAS
DIAL ESPONJAMIENTO
DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL
ESPONJAMIENTO
0 163 0 0.00 228 0 0.00 429 0 0.00
1 165 2 0.04 228 0 0.00 425 -4 -0.08 2 167 4 0.08 228 0 0.00 420 -9 -0.18
DATOS DE PENETRACION CI063 CONSTANTE ANILLO 0.0109819X Siguiente →
115
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CARGAS
MOLDE Nº
1A2 MOLDE Nº
3M564
MOLDE Nº
PA4
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR
ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO
lbs/pulg²
dial lbs/pulg²
% dial lbs/pulg²
% dial lbs/pulg²
%
0 0 0 0 0 0 0 0.025 14 11.52 57 46.89 91 74.86
0.050 29 23.86 109 89.66 197 162.06 0.075 48 39.49 131 107.76 223 183.44 0.100 1000 71 58.41 5.8 156 128.33 12.8 242 199.07 19.9
0.200 1500 184 151.36 10.1 321 264.06 17.6 468 384.98 25.7 0.300 227 186.73 436 358.66 657 540.46 0.400 250 205.65 528 434.34 771 634.24
0.500 268 220.46 582 478.76 892 733.77
116
Figura 4.7: Gráfica Presión vs Penetración para CBR
Figura 4.8: Gráfica Densidad Seca vs CBR Corregido
Tabla 4.4: Cuadro de CBR en función a la Densidad Máxima Seca
VALOR CBR
DENSIDAD MÁXIMA CBR % % 95 1481 14.7
100 1559 23.3
117
El CBR del suelo de tipo limo orgánico arenoso al 95% que es el que simula
los datos reales de capacidad portante que tiene el suelo, es de 14.7%, que
es un valor demasiadamente bajo para el diseño del micropavimento, y se
procederá a realizar una estabilización con cal, cemento, emulsión asfáltica y
órgano-silanos.
4.3.4. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 4.8: Ensayo de Compresión en Suelo Normal
Tabla 4.5: Cuadro de valores de resistencia obtenidos de las
probetas ensayadas
PROBETA
PESO DIAS ROT.
H Ds Dm Di CARG
A DEF.
RESISTENCIA
TIPO FALLA
HÚM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2
Kg/cm2
NJ1 217,28 193,39 28 8,82 4,12 4,11 4,24 99,92 0,84 5,16 5,43
VERT
NJ2 205,54 168,16 28 8,36 4,17 4,00 4,09 75,24 0,98 5,74 VERT
NJ3 199,88 183,26 14 8,65 4,12 4,08 4,08 31,43 0,45 2,37 2,37 VERT
118
La compresión del suelo sometido a su compactación máxima a los 28 días
de curado se obtuvo una resistencia promedio entre las dos probetas de
5.43 Kg/cm2.
4.3.5. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL NORMAL
PROBETA 0%
F. moldeo 02/10/2013
F. inicio 02/10/2013
hora inicio 9:00
Húm % 26%
P. Húm 285,45
P. seco 226,91
P 50% 256,18
P. inicial 256,18
Húm. Inic 13%
Perd. % 13%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HÚM.
minutos mm gr %
5 48 262,34 15,61%
10 59 264,43 16,54%
30 69 266,13 17,28%
60 91 267,41 17,85%
100 100 268,06 18,13%
150 100 270,43 19,18%
240 100 272,56 20,12%
480 100 276,34 21,78%
600 100 279,45 23,15%
Se puede apreciar que éste tipo de suelo por el alto contenido de
granulometría fina (limos), es un materia permeable lo cual en 60 minutos
tuvo un ascenso capilar total de la probeta.
119
Figura 4.9: Gráfica de ascenso Capilar en función al tiempo
Por su grado de plasticidad la probeta no se deshace completamente, sino
solamente la base, como se puede apreciar en el siguiente gráfico.
Figura 4.10: Probetas Ensayadas de Suelo Natural por Capilaridad
120
4.4. Estabilización del Suelo con Cemento
Para estabilizar el suelo de tipo limo orgánico arenoso se hizo algunos
ensayos para determinar el porcentaje óptimo de cemento.
Figura 4.11: Suelo Mezclado con el 4% de Cemento
4.4.1. Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para el suelo
de Tipo Limo Orgánico Arenoso Mezclado con el porcentaje
óptimo de Cemento.
5.
6.
Figura 4.12: Ensayo de límite líquido
7.
121
Figura 4.13: Ensayo de límite de plasticidad
Tabla 4.6: Cuadro de resultados para Ensayos de Índice de Plasticidad
Golpes Capsula PC+SH PC+SS P Cap Humedad
# # gr. gr. gr. %
HUMEDAD NATURAL
300 181.74 164.18 121.54 41.18%
PRI 85.88 67.77 24.79 42.14%
B140 82.69 61.65 24.31 56.35%
LIMITE LIQUIDO
43 P06 25.38 22.27 13.98 37.52%
37 103 24.91 22.02 14.40 37.93%
28 81-1 23.60 20.99 14.36 39.37%
17 65 19.38 16.90 11.16 43.21%
Figura 4.14: Gráfica de humedad vs Número de Golpes
Siguiente →
122
LIMITE PLÁSTICO
61 6.02 5.78 4.97 29.63%
H 7.46 7.23 6.48 30.67%
31 7.03 6.83 6.18 30.77%
Tabla 4.7: Cuadro de Resumen para Índice de Plasticidad
RESUMEN
Limite Liquido 40% Limite Plástico 30% Índice de Plasticidad 9%
Por lo tanto el Suelo se encuentra estabilizado ya que se obtuvo un
Índice de Plasticidad del 0%.
123
4.4.2. Ensayo de Próctor Modificado para Suelo Limo Orgánico Arenoso mezclado con Cemento (ASTM D-422).
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de
Capas Golpes por
capa Peso
Martillo Altura caída
PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2174 g
MUESTRA >>> 1 2 3 4
Peso suelo húmedo + molde A 5812 6071 6112 6108
Peso del molde B 4260 4260 4259 4259
Peso suelo húmedo C=A-B 1552 1811 1853 1849
Volúmen del molde
D 939 939 939 939
Densidad húmeda E=C/D 1.65 1.93 1.97 1.97
Tarro No. C5 C7 B79 F6 75RP 4 A44 78
Tarro + suelo húmedo F 51.34 63.33 47.30 41.70 54.20 51.80 62.60 76.70
Tarro + suelo seco G 46.50 56.50 41.50 36.50 46.60 45.00 52.50 64.10
Peso de agua H=F-G 4.84 6.83 5.80 5.20 7.60 6.80 10.10 12.60
Peso del tarro I 16.71 17.12 14.50 10.50 13.30 13.80 13.70 14.60
Peso del suelo seco J=G-I 29.79 39.38 27.00 26.00 33.30 31.20 38.80 49.50
Contenido de agua K=H/J 16.25% 17.34% 21.48% 20.00%
22.82%
21.79%
26.03%
25.45%
Contenido promedio L 16.80% 20.74% 22.31% 25.74%
Densidad seca M 1.416 1.598 1.614 1.566
124
Figura 4.15: Gráfica Densidad Seca vs Humedad para definir la Humedad Óptima del Suelo
Densidad Máxima:
1,618 g/cm3 Humedad óptima:
22.73%
La mezcla del suelo de tipo limo arenoso con el 1% de cemento, se obtuvo una humedad óptima del 22.73%, la cual ayuda a que
el suelo estabilizado llegue a tener una compactación máxima.
125
4.4.3. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO
1B 2 J4
No. DE CAPAS 5 5 5 No. DE GOLPES POR CAPA
12 25 56
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT.
PESO MUESTRA HUMEDA + MOLDE
g 11346 11556 11468 11566 11710 12012
PESO MOLDE g 7260 7260 7104 7104 7158 7158 PESO MUESTRA HUMEDA
g 4086 4296 4364 4462 4552 4854
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2325 2327.0 2325 2325.1 2325 2325.1
PESO UNITARIO HUMEDO
g/cm³
1.757 1.846 1.877 1.919 1.958 2.088
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.466 1.439 1.567 1.523 1.641 1.675
Siguiente →
126
CONTENIDO DE AGUA
ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO ARRIB
A ABAJ
O ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
CAPSULA Nº 520 ADD 36 EMD M1 B2 118 P40 188M AB0 54 309 PESO DE LA CAPSULA
g 121.6 119.5 14.1 11.3 122.1 121.5 11.7 12.4 122.3 118.3 11.6 11.2
PESO DE MUESTRA HUMEDA + CAP.
g 170.8 183.4 57.3 45.5 179.6 184.9 49.3 49.7 176.0 174.0 44.3 37.7
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 162.7 172.8 47.8 37.9 170.2 174.4 41.5 42.0 167.3 165.0 38.3 32.1
HUMEDAD % 19.77 19.93 28.19 28.38 19.62 19.94 26.01 26.06 19.33 19.30 22.61 26.67 PROMEDIO DE HUMEDAD
% 19.85 28.28 19.78 26.03 19.32 24.64
DATOS DE ESPONJAMIENTO
FECHA
TIEMPO
MOL.
Nº 1B
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº 2
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº J4
H (cm) =
12.7
HORAS
EN DIAS
DIAL ESPONJAMIEN
TO DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL ESPONJAMIEN
TO 0 163 0 0.00 228 0 0.00 429 0 0.00 1 165 2 0.04 228 0 0.00 425 -4 -0.08 2 167 4 0.08 228 0 0.00 420 -9 -0.18 DATOS DE PENETRACION CI063 CONSTANTE ANILLO 0.0407117X Siguiente →
127
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CARGAS MOLDE Nº 1B MOLDE Nº 2 MOLDE Nº J4
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR
ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO lbs/pul
g² dial
lbs/pulg²
% dial lbs/pul
g² % dial
lbs/pulg²
%
0 0 0 0 0 0 0 0.025 31 94.54 58 176.87 78 237.8 0.050 59 179.92 121 369.00 182 555.0 0.075 75 228.72 164 500.13 252 768.4 0.100 1000 89 271.41 27.1 200 609.91 61.0 312 951.4 95.1 0.200 1500 131 399.49 26.6 280 853.88 56.9 421 1283.8 85.6 0.300 159 484.88 326 994.16 512 1561.3 0.400 180 548.92 378 1152.7 591 1802.2 0.500 212 646.51 412 1256.4 661 2015.7
128
Figura 4.16: Gráfica Presión vs Penetración para CBR
Figura 4.17: Gráfica Densidad seca vs CBR Corregido
Tabla 4.8: Cuadro de CBR en función de la Densidad Máxima Seca
VALOR CBR
DENSIDAD MAXIMA CBR % % 95 1537 58.0
100 1618 81.1
129
Estabilizando el suelo con cemento pudimos subir el CBR al 95% del limo
orgánico arenoso del 14.7% del suelo normal al 58.0% que es el CBR del
suelo estabilizado.
4.4.4. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 4.18: Ensayo de Compresión en Suelo – Cemento
Tabla 4.9: Cuadro de Resultados de resistencia a la compresión
para las probetas ensayadas
PROBETA % PESO
DIAS ROT
H Ds Dm Di CARGA DEF. RESISTENCIA TIPO
FALLA HUM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2 Kg/cm2
IJ1 1 277.1 232.5 28 9.03 4.3 4.5 4.3 272.00 1.45 17.81
18.75
VERT
IJ3 1 289.8 242.1 28 9.17 4.5 4.5 4.6 263.08 1.45 16.06 VERT
IJ4 1 326.1 273.0 28 9.54 4.7 4.8 4.7 371.16 1.63 20.65 VERT
IJ5 1 288.2 241.8 28 9.56 4.4 4.3 4.4 311.20 2.03 20.47 VERT
IJ6 1 190.0 159.3 14 6.82 4.7 4.6 4.6 177.10 1.52 10.41 10.41 VERT
IJ1 3 289.5 244.8 28 9.50 4.3 4.4 4.4 237.58 1.52 15.60
19.13
VERT
IJ2 3 285.0 241.9 28 9.18 4.4 4.6 4.5 336.00 1.42 20.82 VERT
IJ3 3 325.8 275.6 28 9.34 4.7 4.8 4.8 363.02 1.88 20.01 VERT
IJ5 3 250.2 210.9 28 8.50 4.4 4.6 4.5 324.15 1.52 20.11 VERT
IJ6 3 226.0 191.3 14 7.01 4.5 4.5 4.6 178.86 1.14 10.95 10.95 VERT
130
IJ1 4 292.9 245.5 28 9.94 4.6 4.3 4.5 445.80 2.49 28.16 28.16 VERT
IJ2 4 251.4 211.2 14 9.33 4.4 4.5 4.6 244.76 1.78 15.19 15.19 VERT
IJ2 5 333.5 285.2 14 9.66 4.8 4.7 4.8 246.00 1.60 13.50 13.50 VERT
IJ3 5 316.9 269.5 28 10.0 4.9 4.7 4.8 383.40 1.35 20.70
21.84
VERT
IJ4 5 316.4 269.7 28 9.74 4.6 4.8 4.7 434.40 1.63 24.72 VERT
IJ5 5 302.5 257.1 28 9.76 4.6 4.6 4.5 337.50 1.60 20.34 VERT
IJ6 5 307.1 261.4 28 9.78 4.7 4.9 4.8 394.62 1.47 21.60 VERT
Figura 4.19: Gráfico de Resistencia a la compresión a los 28 días para
cada porcentaje de Cemento en el Suelo
El porcentaje óptimo de cemento para la resistencia a la compresión alta a
los 28 y 14 días,fue la del 4%, cuyos valores son de 28.16Kg/cm2 y
15.19Kg/cm2 respectivamente, cuyos valores son admisibles para el paso
de un tráfico.
131
Figura 4.20: Gráfico de Resistencia a la compresión a los 14 días para
cada porcentaje de Cemento en el Suelo
132
4.4.5. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL CEMENTO
PROBETA 1% 3% 4% 5%
F. moldeo 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013
F. inicio 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013
hora inicio 9:00 9:00 9:00 9:00
hum % 30% 29% 27% 27%
P. hum 283.01 314.96 276.35 282.24
P. seco 218.11 244.12 217.53 222.90
P 50% 250.56 279.54 246.94 252.57
P. inicial 250.56 279.54 246.94 252.57
Hum. Inic 15% 15% 14% 13%
Perd. % 15% 15% 14% 13%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM.
minutos mm gr % mm gr % mm gr % mm gr %
5 50 262.33 20.27% 50 292.75 19.92% 44 257.59 18.42% 45 266.31 19.48%
10 59 266.19 22.04% 60 297.10 21.70% 49 261.10 20.03% 50 268.48 20.45%
30 69 271.15 24.32% 71 302.35 23.85% 58 265.25 21.94% 57 271.77 21.92%
60 82 277.04 27.02% 80 308.90 26.54% 68 270.78 24.48% 69 276.03 23.84%
100 89 281.94 29.27% 88 313.19 28.29% 75 274.36 26.13% 74 278.74 25.05%
150 100 283.03 29.76% 98 317.47 30.05% 81 277.65 27.64% 83 282.12 26.57%
240 100 285.56 30.92% 100 318.04 30.28% 100 278.34 27.95% 91 286.99 28.75%
480 100 286.78 31.48% 100 319.24 30.77% 100 279.98 28.71% 100 288.25 29.32%
600 100 288.09 32.08% 100 321.08 31.53% 100 281.43 29.38% 100 290.44 30.30%
133
La mezcla de suelo con cemento también se mantiene permeable, la cual
el agua por capilaridad toma mucho más tiempo en subir por la probeta.
Figura 4.21: Probetas de Suelo-Cemento ensayadas por Capilaridad
Figura 4.22: Gráfica de Ascenso Capilar para cada porcentaje de Suelo-
Cemento en función del Tiempo
En la gráfica que se presenta se puede apreciar que la línea verde (4% de
cemento), se acerca más a la curva celeste y la purpura también, lo que se
134
puedo dar cuenta es que a mayor cantidad de cemento en el suelo se
demora más en subir el agua por capilaridad.
Figura 4.23: Gráfica de aumento de humedad para cada porcentaje de
Suelo-Cemento en función del Suelo
En la gráfica se puede apreciar que los valores de humedad después de
los 30 minutos el suelo-cemento obtiene la humedad óptima y a los 150
minutos pasa el límite de plasticidad del suelo estabilizado.
135
4.5. Estabilización de Suelo con Cal
Para estabilizar el suelo de tipo limo arenoso se hizo algunos ensayos para
determinar el porcentaje óptimo de cal.
Figura 4.24: Mezcla de Suelo con el 8% de Cal
4.5.1. Ensayos de Índice de Plasticidad (ASTM D-4318) para el suelo de
Tipo Limo Orgánico Arenoso Mezclado con el porcentaje óptimo
de Cal.
Golpes Capsula PC+SH PC+SS P Cap Humedad
# # gr. gr. gr. %
HUMEDAD NATURAL
300 181.74 164.18 121.54 41.18%
PRI 85.88 67.77 24.79 42.14%
B140 82.69 61.65 24.31 56.35%
LIMITE LIQUIDO
45 81 23.87 21.09 14.20 40.35%
35 111 22.53 20.14 14.46 42.08% 24 47 21.82 19.48 13.98 42.55%
13 81-1 23.24 20.52 14.34 44.01%
136
Siguiente →
Figura 4.25: Gráfica Humedad vs Número de Golpes
LIMITE PLÁSTICO
76 6.87 6.67 6.01 30.30%
31 7.42 7.10 6.19 35.16%
E4 7.47 7.26 6.64 33.87%
Figura 4.26: Ensayo de límite líquido. Casa Grande
137
Figura 4.27: Ensayo de límite plástico
Tabla 4.10: Cuadro para el Índice de Plasticidad del Suelo-Cal
RESUMEN
Limite Liquido 43%
Limite Plástico 33%
Índice de Plasticidad 10%
Humedad Natural 47%
Por lo tanto el suelo se encuentra estabilizado con el 4% de cal, obteniendo
satisfactoriamente un índice de plasticidad de 10%, el mismo que es admisible
para éste tipo de suelos.
138
4.5.2. Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas Golpes por
capa Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2489 g
MUESTRA >>> 1 2 3 4
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde A 4967 5118 5198 5104
Peso del molde B 3330 3330 3330 3330
Peso suelo húmedo C=A-B 1637 1788 1868 1774
Volúmen del molde D 939 939 939 939
Densidad húmeda E=C/D 1.74 1.90 1.99 1.89
Tarro No. 50 B79 73RP F2 A36 501 75RP P31
Tarro + suelo húmedo F 37.70 45.00 39.10 38.30 53.10 41.10 54.90 41.80
Tarro + suelo seco G 34.36 40.71 35.04 34.08 45.38 35.58 45.74 35.35
Peso de agua H=F-G 3.34 4.29 4.06 4.22 7.72 5.52 9.16 6.45
Peso del tarro I 14.40 14.40 14.30 13.20 12.20 11.70 13.20 11.20
Peso del suelo seco J=G-I 19.96 26.31 20.74 20.88 33.18 23.88 32.54 24.15
Contenido de agua K=H/J 16.73% 16.31% 19.58% 20.21% 23.27% 23.12% 28.15% 26.71%
Contenido promedio
L 16.52% 19.89% 23.19% 27.43%
Densidad seca M 1.496 1.588 1.615 1.483
139
Figura 4.28: Gráfica de Próctor para obtener la humedad óptima para la compactación máxima
Densidad Máxima:
1,614 g/cm3 Humedad óptima:
21.88%
La humedad óptima para llegar a una compactación máxima del suelo estabilizado con cal fue del 21.88%.
140
4.5.3. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO M3 JH PH No. DE CAPAS 5 5 5 No. DE GOLPES POR CAPA
12 25 56
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
PESO MUESTRA HUMEDA + MOLDE
g 10475 11087 10775 11289 11110 11546
PESO MOLDE g 7107 7107 7165 7165 7260 7260 PESO MUESTRA HÚMEDA
g 3368 3980 3610 4124 3850 4286
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2325 2328.40
2325 2326.08
2325 2327.47
PESO UNITARIO HUMEDO
g/cm³
1.449 1.709 1.553 1.773 1.656 1.841
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.192 1.230 1.275 1.272 1.362 1.336
Siguiente →
141
CONTENIDO DE AGUA
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO
CAPSULA
Nº NB35 14 64 6M 201 M2L 39 2H 16 J0 J32 3
PESO DE LA CAPSULA
g 119.9 122.3 122.2 121.2 118.4 121.6 118.2 121.9 121.4 118.3 120.2 122.1
PESO DE MUESTRA HUMEDA + CAP.
g 173.0 174.3 164.9 171.6 179.9 171.5 160.1 169.0 164.9 172.9 180.9 171.0
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 163.7 165.0 152.8 157.6 168.9 162.6 147.9 156.1 157.2 163.2 164.1 157.7
HUMEDAD
% 21.23 21.78 39.54 38.46 21.78 21.71 41.08 37.72 21.51 21.60 38.27 37.36
PROMEDIO DE HUMEDAD
% 21.51 39.00 21.74 39.40 21.56 37.81
DATOS DE ESPONJAMIENTO FECHA TIEMP
O MOL.
Nº M3 H (cm)
= 12.7 MOL.
Nº JH H (cm)
= 12.7 MOL.
Nº PH H (cm)
= 12.7
HORAS EN DIAS
DIAL ESPONJAMIENTO
DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL
ESPONJAMIENTO
0 410 0 0.00 529 0 0.00 250 0 0.00 1 413 3 0.06 530 1 0.02 252 2 0.04 2 417 7 0.14 531 2 0.04 255 5 0.10
DATOS DE PENETRACION CI066 CONSTANTE ANILLO 0.0109819X Siguiente →
142
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CARGAS
MOLDE Nº
M3 MOLDE Nº
JH MOLDE Nº
PH
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO
lbs/pulg²
dial lbs/pulg²
% dial lbs/pulg²
% dial lbs/pulg²
%
0 0 0 0 0 0 0 0.025 70 57.58 102 83.91 162 133.26 0.050 105 86.37 175 143.96 251 206.48 0.075 121 99.54 242 199.07 345 283.80 0.100 1000 144 118.46 11.8 296 243.49 24.3 427 351.26 35.1 0.200 1500 184 151.36 10.1 425 349.61 23.3 675 555.26 37.0 0.300 219 180.15 519 426.94 782 643.28 0.400 248 204.01 611 502.62 882 725.55 0.500 280 230.33 704 579.12 993 816.86
144
Figura 4.30: Gráfica Densidad Seca vs CBR Corregido
Tabla 4.11: Cuadro Resumen de CBR en Función de la Densidad Máxima del Suelo-Cal
VALOR CBR
DENSIDAD MÁXIMA CBR
% %
95 1533 80.4
100 1614 98.4
El CBR del suelo estabilizado con cal es del 80.4%, lo cual brinda una capacidad portante del suelo muy grande, haciendo que
se pueda colocar una capa de rodadura.
145
4.5.4. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 4.31: Ensayo de Compresión en las Probetas de Suelo-Cal
Figura 4.32: Probetas Ensayadas y con Falla Vertical
146
Tabla 4.12: Cuadro de resultados obtenidos del ensayo de compresión y resistencias de las Probetas Suelo-Cal
PROB ETA
% PESO DIAS
ROT
H Ds Dm Di CARGA DEF. RESISTENCIA TIPO FALLA HUM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2 Kg/cm2
CJ1 1 328.18 277.46 14 9.72 4.72 4.77 4.95 199.86 2.29 10.98 10.98 VERTICAL CJ3 1 307.22 258.21 28 9.40 4.65 4.55 4.61 334.46 2.54 20.10
18.19
VERTICAL CJ4 1 284.34 238.73 28 9.35 4.45 4.40 4.50 318.10 2.54 20.45 VERTICAL CJ5 1 292.49 245.92 28 9.00 4.50 4.60 4.60 306.92 2.29 18.74 VERTICAL CJ6 1 275.52 232.18 28 9.35 4.70 4.50 4.35 216.18 2.49 13.49 VERTICAL CJ1 3 328.17 288.14 14 9.76 4.87 4.83 4.80 204.75 1.78 11.16 11.16 VERTICAL CJ2 3 287.61 234.31 28 9.10 4.69 4.71 4.71 325.28 1.52 18.72
15.81
VERTICAL CJ3 3 275.51 232.50 28 9.69 4.61 4.85 4.60 284.50 2.29 16.49 VERTICAL CJ4 3 287.75 243.07 28 9.00 4.55 4.70 4.57 220.24 1.52 13.21 VERTICAL CJ6 3 203.70 171.96 28 7.40 4.30 4.20 4.28 211.08 1.14 14.81 VERTICAL CJ1 5 331.31 285.49 14 9.28 4.88 4.79 4.71 318.96 1.70 11.41 11.41 VERTICAL CJ2 5 344.96 292.45 28 10.05 4.62 4.84 4.75 364.04 1.78 20.66
18.25
VERTICAL CJ3 5 319.19 270.51 28 9.76 4.90 4.95 4.85 215.16 1.14 17.68 VERTICAL CJ4 5 321.61 272.66 28 9.60 4.72 4.78 4.89 315.10 1.22 17.44 VERTICAL CJ5 5 318.08 269.39 28 9.72 4.62 4.90 4.53 296.76 1.47 17.23 VERTICAL CJ1 7 252.28 214.94 14 9.17 4.30 4.31 4.32 328.15 1.47 11.26 11.26 VERTICAL CJ2 7 246.59 209.32 28 9.00 4.45 4.47 4.40 174.36 1.14 22.49
18.49
VERTICAL CJ3 7 291.39 247.51 28 9.22 4.61 4.93 4.18 282.46 1.27 17.19 VERTICAL CJ4 7 273.32 232.31 28 9.22 4.43 4.65 4.55 255.10 1.07 15.74 VERTICAL CJ5 7 283.09 241.04 28 9.22 4.69 4.68 4.52 312.48 0.89 18.56 VERTICAL CJ2 8 316.93 266.45 14 10.08 4.92 4.94 4.89 302.86 1.57 15.95 15.95 VERTICAL CJ3 8 331.77 277.42 28 9.69 4.68 4.65 4.56 481.96 1.42 28.63 28.63 VERTICAL CJ2 9 304.77 261.92 14 9.29 4.82 4.75 4.81 219.82 1.73 12.18 12.18 VERTICAL CJ3 9 318.77 272.27 28 10.22 4.90 4.90 4.92 232.48 1.57 12.29 12.29 VERTICAL
147
Figura 4.33: Gráficas de resistencias de las probetas de Suelo-Cal a los 28 y 14 días para cada porcentaje de cal
La resistencia a la compresión del suelo mezclado con el 8% de cal a los14 como a los 28 días son bastante buenas, los
mismos que permiten tener unos buenos resultados como subrasante, que fácilmente, podría actuar como sub-base.
Pero hay que tener en cuenta que el porcentaje de cal que se ha venido trabajando en ésta investigación es del 4% lo
que hace que el valor de la resistencia de diseño sería de 17.03Kg/cm2 a los 28 días de curado.
148
4.5.5. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL CAL
PROBETA 1% 3% 5% 7% 8% 9%
F. moldeo 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013
F. inicio 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013
hora inicio 9:00 9:00 9:00 9:00 9:00 9:00
hum % 26% 27% 27% 26% 27% 26%
P. hum 283.48 290.24 310.42 254.99 330.01 326.42
P. seco 225.40 228.24 244.84 202.27 259.75 258.88
P 50% 254.44 259.24 277.63 228.63 294.88 292.65
P. inicial 254.44 259.24 277.63 228.63 294.88 292.65
Hum. Inic 13% 14% 13% 13% 14% 13%
Perd. % 13% 14% 13% 13% 14% 13%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM.
minutos mm gr % mm gr % mm gr % mm gr % mm gr % mm gr %
5 40 261.45 15.99% 43 269.06 17.88% 38 285.3 16.53% 35 235.12 16.24% 36 298.64 14.97% 40 303.85 17.37%
10 48 263.43 16.87% 52 273.31 19.75% 47 288.61 17.88% 42 238.00 17.66% 39 301.4 16.03% 47 306.69 18.47%
30 60 266.13 18.07% 63 278.28 21.92% 58 292.85 19.61% 53 241.60 19.44% 49 304.65 17.29% 52 310.09 19.78%
60 72 267.41 18.64% 78 283.00 23.99% 70 296.92 21.27% 61 245.50 21.37% 57 307.99 18.57% 68 313.54 21.11%
100 83 268.06 18.93% 84 287.76 26.08% 73 300.19 22.61% 69 248.28 22.75% 64 310.08 19.38% 72 316.08 22.10%
150 90 270.43 19.98% 91 292.06 27.96% 82 303.48 23.95% 75 251.76 24.47% 67 312.35 20.25% 76 318.81 23.15%
240 100 272.56 20.92% 94 293.50 28.59% 92 309.98 26.61% 85 258.17 27.64% 71 316.44 21.82% 87 323.96 25.14%
480 100 277.34 23.04% 100 296.23 29.79% 98 313.11 27.88% 89 260.51 28.79% 76 318.24 22.52% 92 326.04 25.94%
600 100 283.45 25.75% 100 297.76 30.46% 100 315.18 28.73% 100 263.48 30.26% 100 324.56 24.95% 100 329.15 27.14%
149
Figura 4.34: Gráfica de Ascenso Capilar para cada porcentaje de Cal en
función del tiempo transcurrido
Como se puede observar en el gráfico a mayor porcentaje de cal en el
suelo, aumenta su resistencia al ascenso capilar del agua, lo que
impermeabiliza al suelo en un 50%.
Figura 4.35: Gráfica de incremento de Humedad en cada una de las
probetas de cada porcentaje de cal en función del tiempo transcurrido
150
Se puede apreciar que la humedad para la mezcla con cal, alcanza la
humedad óptima a los 200 minutos (promedio), hasta llegar a la humedad
en la que alcanza su límite plástico.
Figura 4.36: Probetas de Suelo-Cal en proceso de Ensayo de Capilaridad
La consistencia de la mezcla de suelo-cal es más resistente ya que las
probetas no se deshicieron a excepción de la mezcla del 1% de cal como
se puede observar se deshizo un poco en la base, pero a partir del 3% de
cal, pese a que se saturaron completamente, las probetas no se deshicieron
absolutamente nada.
151
4.6. Estabilización del Suelo con Emulsión Asfáltica
Para realizar la estabilización del suelo de tipo limo orgánico arenoso
con emulsión asfáltica se procedió a obtener la cantidad de asfalto
que contenía la emulsión para poder sacar el porcentaje óptimo de
emulsión para estabilizar el suelo.
Figura 4.37: Suelo mezclado con el 3% de Emulsión Asfáltica
4.6.1. Ensayo de Porcentaje de Agua de la Emulsión Asfáltica
TARA PESO TARA
PESO TARA +
EMULSIÓN NORMAL
PESO TARA +
EMULSIÓN SECA
PESO DE
AGUA
% AGUA EN
EMULSIÓN
% DE ASFALTO
EN EMULSIÓN
% DE ASFALTO
PROMEDIO
1 62.55 72.68 68.71 3.97 39.19 60.81
60.98 2 71.52 81.68 77.71 3.97 39.07 60.93
3 63.01 73.09 69.18 3.91 38.79 61.21
Figura 4.38: Ensayo de Contenido de Agua en la Emulsión Asfáltica
152
Se pudo obtener a través de éste ensayo que la emulsión asfáltica contenía
un porcentaje de asfalto del 60.98%, lo cual quiere decir que el resto de
emulsión es agua, la misma que se tiene que tomar en cuenta para aplicar
la humedad óptima para llegar a la compactación máxima.
153
4.6.2. Ensayo de Próctor Modificado (ASTM D-422)
Se aplicó el próctor modificado únicamente para hallar el porcentaje óptimo de emulsión asfáltica, manteniendo la humedad
óptima obtenida en el próctor modificado del suelo natural.
Tabla 4.13: Cuadro de resultados de Densidades para obtener el porcentaje óptimo de Emulsión Asfáltica en el suelo
RELACIÓN DENSIDAD - EMULSIÓN ASFÁLTICA
No. de Capas Golpes
por capa
Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2500 g
MUESTRA >>> 1% 1% 3% 5%
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde A 5916 5946 5953 5907
Peso del molde B 4187 4187 4187 4187
Peso suelo húmedo C=A-B 1729 1758 1766 1720
Volúmen del molde D 935 935 935 935
Densidad húmeda E=C/D 1.85 1.88 1.89 1.84
154
Figura 4.39: Gráfica de Próctor para definir el porcentaje óptimo de
Emulsión Asfáltica en el Suelo
Densidad Máxima:
1,895 g/cm3 Emulsión Asfáltica
óptima: 2.55%
El porcentaje óptimo de Emulsión asfáltica para obtener la compactación
máxima y por ende estabilizar el suelo es de 2.55%, manteniendo una
humedad óptima del suelo en estado natural del 17.96%.
4.6.3. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 4.40: Ensayo de Compresión de Probeta Suelo-Emulsión
155
Tabla 4.14: Cuadro de resistencias de Suelo-Emulsión para las probetas de cada uno de los porcentajes de Emulsión
PROBETA
% PESO DIAS
ROT.
H Ds Dm Di CARG
A DEF. RESISTENCIA TIPO
FALLA HUM SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2 Kg/cm2
EJ2 1 304.34 258.10 28 9.76 4.78 4.72 4.70 296.78 1.60 16.87
19.29
VERTICAL
EJ3 1 303.59 256.64 28 9.96 4.69 4.60 4.58 315.42 1.47 18.79 VERTICAL
EJ4 1 316.48 267.82 28 9.95 4.54 4.70 4.67 375.24 1.91 22.22 VERTICAL
EJ5 1 304.86 259.22 14 9.76 4.75 4.95 4.96 232.00 2.34 12.37 12.37 VERTICAL
EJ2 3 291.80 253.11 28 9.85 4.73 4.76 4.79 347.72 2.11 19.54
19.67
VERTICAL
EJ3 3 355.70 306.77 28 10.08 4.95 5.02 4.97 416.04 1.83 21.36 VERTICAL
EJ4 3 296.31 252.09 28 10.05 4.75 4.77 4.99 367.08 2.16 19.98 VERTICAL
EJ5 3 238.17 201.73 28 7.96 4.50 4.50 4.55 285.30 1.60 17.81 VERTICAL
EJ6 3 186.50 158.68 14 6.19 4.60 4.75 4.77 256.00 1.98 14.71 14.71 VERTICAL
EJ2 5 345.65 286.84 28 10.05 4.96 5.01 5.08 255.94 1.91 12.95
13.74
VERTICAL
EJ3 5 334.67 277.66 28 9.97 5.00 4.91 5.01 289.60 2.36 14.91 VERTICAL
EJ4 5 302.85 254.92 28 9.92 4.60 4.54 4.62 243.70 2.54 14.75 VERTICAL
EJ5 5 258.25 217.08 28 9.38 4.51 4.60 4.60 202.92 2.79 12.37 VERTICAL
EJ6 5 303.85 253.91 14 9.73 4.80 4.80 4.90 190.56 2.92 10.39 10.39 VERTICAL
EJ2 7 257.56 214.80 28 9.47 4.35 4.59 4.55 190.52 3.05 12.00 12.00 VERTICAL
EJ3 7 247.03 205.61 14 9.40 4.40 4.35 4.45 181.50 1.78 11.94 11.94 VERTICAL
156
Figura 4.41: Gráficas de Resistencias de cada una de las Probetas a los 28 y 14 días para cada porcentaje de Emulsión
Asfáltica en el Suelo
La resistencia a la compresión del suelo mezclado con el 3% de emulsión asfáltica a los14 como a los 28 días son bastante
buenas, los mismos que permiten tener unos buenos resultados como subrasante, que fácilmente, podría actuar como sub-base.
19.29 19.67
13.7412.00
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Porcentajes de Emulsión Asfáltica en el Suelo
Resistencia a la Compresión con Emulsión Asfáltica (28 días)
1% 3% 5% 7%
157
4.6.4. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL EMULSIÓN ASFÁLTICA
PROBETA 1% 3% 5% 7%
F. moldeo 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013
F. inicio 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013 10/2/2013
hora inicio 9:00 9:00 9:00 9:00
hum % 29% 25% 29% 33%
P. hum 314.43 333.80 254.12 260.64
P. seco 244.53 267.92 197.20 196.66
P 50% 279.48 300.86 225.66 228.65
P. inicial 279.48 300.86 225.66 228.65
Hum. Inic 14% 12% 14% 16%
Perd. % 14% 12% 14% 16%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM. ASC. CAP
PESO HUM.
Minutos mm gr % mm gr % mm gr % mm gr %
5 45 292.37 19.56% 48 320.32 19.56% 44 229.20 16.23% 37 228.84 16.36%
10 57 293.62 20.08% 67 326.03 21.69% 51 231.71 17.50% 43 230.72 17.32%
30 64 297.11 21.50% 78 332.90 24.25% 62 235.23 19.28% 49 232.85 18.40%
60 88 301.08 23.13% 98 341.09 27.31% 68 239.35 21.37% 58 235.40 19.70%
100 94 303.58 24.15% 100 342.13 27.70% 71 242.04 22.74% 59 237.14 20.58%
150 100 306.45 25.32% 100 343.15 28.08% 74 245.62 24.55% 66 239.21 21.64%
240 100 308.12 26.00% 100 345.34 28.90% 83 251.73 27.65% 77 243.05 23.59%
480 100 310.94 27.16% 100 346.97 29.51% 94 253.32 28.46% 86 244.47 24.31%
600 100 315.46 29.01% 100 348.67 30.14% 100 256.79 30.22% 100 256.16 30.26%
158
Figura 4.42: Gráfica de Ascenso Capilar para cada porcentaje de
Emulsión en función al tiempo transcurrido
Como se puede observar claramente en la gráfica la línea roja la cuál es
del 3% de emulsión asfáltica, se encuentra demasiada alejada de la curva
normada, lo cual se puede concluir que la estabilización con emulsión
asfáltica con éste material no es nada ventajoso con respecto a que se hace
demasiado permeable.
Figura 4.43: Gráfica de Incremento de Humedad para cada porcentaje de
Emulsión en función al tiempo transcurrido
159
Como se puede observar en la siguiente gráfica las probetas estabilizadas
con emulsión asfáltica no se deshacen totalmente, y duran
aproximadamente 40 minutos en humedecerse totalmente, obteniendo la
humedad óptima en ése tiempo y llegando al límite de plasticidad en 100
minutos.
Figura 4.44: Probetas de Suelo-Emulsión Asfáltica sometidas al Ensayo
de Capilaridad
Como se puede apreciar en las imágenes anteriores las probetas marcadas
con la E, no se deshicieron, pero fueron las primeras en alcanzar el 100%
de saturación, lo que hace que sea un material estabilizante, no viable.
160
4.7. Ensayos de Estabilización en Suelo con Órgano Silanos
Figura 4.45: Suelo Mezclado con Organo-Silanos
Para hacer una estabilización con Órgano-Silanos se utilizó a una
dosificación recomendada por el fabricante, la misma que es de 1Kg
de Órgano-Silano por cada metro cúbico de suelo.
Las ventajas de trabajar con éste producto son:
La mezcla de Órgano Silano se la hizo en el agua de adición calculada
de la humedad óptima.
161
4.7.1. Próctor Modificado en Suelo Natural (ASTM D-422)
RELACION DENSIDAD-HUMEDAD
No. de Capas Golpes por
capa Peso Martillo Altura caída PESO INICIAL DE LA MUESTRA
5 25 11 lb 18" 2001 g
MUESTRA >>> 1 2 3
Molde No. M3
Peso suelo húmedo + molde A 6036 6098 6048
Peso del molde B 4264 4264 4264
Peso suelo húmedo C=A-B 1772 1834 1784
Volúmen del molde D 939 939 939
Densidad húmeda E=C/D 1.89 1.95 1.90
Tarro No. j61 16 68 ok nb35 d53
Tarro + suelo húmedo F 182.40 173.60 178.90 176.30 194.50 200.20
Tarro + suelo seco G 170.95 163.95 166.82 164.93 177.75 182.61
Peso de agua H=F-G 11.45 9.65 12.08 11.37 16.75 17.59
Peso del tarro I 121.20 121.50 119.80 119.80 119.90 121.30
Peso del suelo seco J=G-I 49.75 42.45 47.02 45.13 57.85 61.31
Contenido de agua K=H/J 23.02% 22.73% 25.69% 25.19% 28.95% 28.69%
Contenido promedio L 22.87% 25.44% 28.82%
Densidad seca M 1.536 1.557 1.475
162
Figura 4.46: Gráfica de Próctor para hallar la humedad óptima del Suelo-OrganoSilano
Densidad Máxima:
1,559 g/cm3 Humedad óptima:
24.91%
El Próctor es el mismo que el del suelo natural ya que la característica de éste producto es que primero se obtiene la Humedad
óptima, para luego ser mezclada con el agua a adicionarse para obtener la compactación máxima del suelo en estado normal.
163
4.7.2. Ensayo de CBR (ASTM D-1883)
AASHTO - T193 RELACION SOPORTE CALIFORNIA ( CBR ) ASTM - D 1883
MOLDE NUMERO
1A2 3M564 PA4
No. DE CAPAS 56 25 12 No. DE GOPES POR CAPA
CONDICIONES DE LA MUESTRA
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT. ANTES DE SAT.
DESPUES DE SAT.
ANTES DE SAT. DESPUES DE
SAT.
PESO MUESTRA HUMEDA + MOLDE
g 11110 11546 10775 11289 10475 11087
PESO MOLDE g 7260 7260 7165 7165 7107 7107 PESO MUESTRA HUMEDA
g 3850 4286 3610 4124 3368 3980
VOLUMEN DE LA MUESTRA CTE
cm³ 2327 2326.9
6 2327
2326.96
2327 2330.6
9
PESO UNITARIO HUMEDO
g/cm³
1.655 1.842 1.551 1.772 1.447 1.708
PESO UNITARIO SECO
g/cm³
1.345 1.400 1.247 1.372 1.136 1.319
Siguiente →
164
CONTENIDO DE AGUA
ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
ARRIBA
ABAJO ARRIB
A ABAJ
O ARRIB
A ABAJO
ARRIBA
ABAJO
CAPSULA Nº B1 E23 14 201 P DK 70 110 PR 11 NB35 M21 PESO DE LA CAPSULA
g 121.5 121.8 122.3 118.3 122.2 119.7 118.3 120.9 121.3 122.0 119.9 121.6
PESO DE MUESTRA HUMEDA + CAP.
g 178.7 187.9 208.7 196.8 178.7 169.6 204.8 190.5 165.5 178.2 206.5 183.9
PESO DE MUESTRA SECA + CAP.
g 168.0 175.5 188.0 177.9 168.3 159.2 185.4 174.7 156.7 165.2 185.6 170.6
HUMEDAD % 23.01 23.09 31.51 31.71 22.56 26.33 28.91 29.37 24.82 29.89 31.81 27.14 PROMEDIO DE HUMEDAD
% 23.05 31.61 24.44 29.14 27.35 29.48
DATOS DE ESPONJAMIENTO
FECHA
TIEMPO
MOL.
Nº 1A2
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº 3M564
H (cm) =
12.7 MOL.
Nº PA4
H (cm) =
12.7
HORAS
EN DIAS
DIAL ESPONJAMIEN
TO DIAL
ESPONJAMIENTO
DIAL ESPONJAMIEN
TO 0 163 0 0.00 228 0 0.00 429 0 0.00 1 165 0 0.00 228 0 0.00 425 7 0.14 2 167 0 0.00 228 0 0.00 420 8 0.16 3 0 0.00 0 0.00 8 0.16 DATOS DE PENETRACION CI063 CONSTANTE ANILLO 0.0109819X
Siguiente →
165
P
EN
ET
RA
CIO
N
EN
PU
LG
AD
AS
CARGAS MOLDE Nº 1A3 MOLDE Nº M56 MOLDE Nº
P4
TIPO CARGA DE CBR CARGA DE CBR CARGA DE CBR
ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO ENSAYO CORREGIDO
lbs/pulg²
dial lbs/pul
g² % dial
lbs/pulg²
% dial lbs/pul
g² %
0 0 0 0 0 0 0 0.025 30 24.68 20 16.45 20 16.45 0.050 80 65.81 40 32.90 40 32.90 0.075 140 115.17 60 49.36 50 41.13 0.100 1000 200 164.52 16.5 90 74.04 7.4 70 57.58 5.8 0.200 1500 380 312.59 20.8 220 180.98 12.1 140 115.17 7.7 0.300 520 427.76 260 213.88 150 123.39 0.400 650 534.70 320 263.24 160 131.62 0.500 770 633.41 390 320.82 180 148.07
166
Figura 4.47: Gráfica Presión vs Penetración para hallar el CBR
Figura 4.48: Gráfica Densidad Seca vs CBR Corregido
Tabla 4.15: Cuadro de CBR del Suelo-OrganoSilano en función de la
Densidad Máxima Seca
VALOR CBR
MAXIMA DENSIDAD CBR % % 95 1481 29.4
100 1559 42.4
167
El valor obtenido 29.4% de CBR al 95% es admisible según la norma, por lo
tanto la estabilización con Órgano-Silanos es apta para realizarla siempre y
cuando no sea demasiado costoso.
4.7.3. Ensayo de Compresión Simple (ASTM D-2126)
Figura 4.49: Ensayo de Compresión en Probeta de Suelo-OrganoSilano
168
Tabla 4.16: Cuadro de resultados de resistencias de las probetas de Suelo-OrganoSilanos
PROBETA PESO DIAS DE ROTURA
H Ds Dm Di CARGA DEF. RESISTENCIA TIPO FALLA HUMEDO SECO cm cm cm cm Kg mm Kg/cm2
T1 271.61 220.15 28 9.40 4.25 4.40 4.37 220.24 2.67 14.89 15.24 VERTICAL
T8 250.28 221.59 28 8.90 4.26 4.41 4.37 231.34 2.41 15.59 VERTICAL
T9 239.73 213.36 28 8.10 4.35 4.48 4.49 236.08 2.59 15.25 VERTICAL
T2 309.22 259.22 14 10.10 4.41 4.52 4.42 201.90 2.84 12.98 12.98 VERTICAL
Figura 4.50: Gráficos de Resistencias a los 28 y 14 días en probetas de Suelo-OrganoSilanos
Como se pudo observar en la gráfica la resistencia a la compresión del suelo estabilizado con ÓrganoSilanos, tiene 15.24Kg/cm2
a los 28 dias de curado, lo cual permite tener una buena capacidad portante para soportar el paso del tráfico.
15.24
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Producto Estabilizante de Suelo
Resistencia a la Compresión con OrganoSilanos (28 días)
TERRASIL
12.98
Re
sist
en
cia,
(K
g/cm
2)
Producto Estabilizante de Suelo
Resistencia a la Compresión con OrganoSilanos (14 días)
TERRASIL
169
4.7.4. Ensayo de Permeabilidad por Capilaridad (AASHTO T-273)
MATERIAL ORGANO-SILANOS
PROBETA 1Kg/m3
F. moldeo 10/24/2013
F. inicio 10/24/2013
hora inicio 9:00
hum % 27%
P. hum 289.06
P. seco 228.42
P 50% 258.74
P. inicial 258.74
Hum. Inic 13%
Perd. % 13%
TIEMPO ASC. CAP
PESO HUM.
minutos mm gr %
5 0 258.74 13.27%
10 0 258.74 13.27%
30 0 258.74 13.27%
60 0 258.74 13.27%
100 0 258.74 13.27%
Figura 4.51: Gráfica de Ascenso Capilar Nulo a causa de la
Impermeabilización con OrganoSilanos
170
Figura 4.52: Gráfica de Incremento de Humedad Nula por
Impermeabilización de los Organo-Silanos
Los resultados en absorción capilar del suelo con Órgano-silanos, fue
perfecta, ya que no absorbió absolutamente nada de agua, éste producto
de estabilización le volvió al suelo completamente impermeable, lo que
sería muy ventajoso para una vía, ya que el problema de todo suelo es el
agua, con éste producto se pudo solucionar éste problema tan importante.
Figura 4.53: Probeta sumergida en agua con Absorción Capilar Nula
171
4.8. Comparación de los Materiales de Estabilización
4.8.1. Relación Soporte California (CBR)
Figura 4.54: Gráfica de la Densidad Máxima Seca al 100% para cada uno
de los Productos estabilizantes
Figura 4.55: Gráfica de la Densidad Máxima Seca al 95% para cada uno de
los Productos estabilizantes
172
Figura 4.56: Gráfica de los valores de CBR al 100% para cada uno de los
Productos estabilizantes
Figura 4.57: Gráfica de los valores de CBR al 100% para cada uno de los
Productos estabilizantes
173
Como se puede observar la mejor opción para el caso de un CBR en un
suelo limo orgánico arenoso es la cal con el 8%, por sus propiedades
naturales que reaccionan y se acoplan de mejor manera a un suelo de
componentes orgánicas, pero en el caso de la impermeabilidad es mejor
la estabilización con órgano-silanos al 1Kg/cm2, aunque el CBR no sea
tan alto, pero se podría realizar una mezcla entre cal y órgano-silanos y
llegar a obtener un CBR alto y un suelo completamente impermeable.
4.8.2. Resistencia a la Compresión
Figura 4.58: Gráfica de los valores de Resistencia a la Compresión a los 28
días para cada uno de los Productos estabilizantes
Como se puede apreciar en el gráfico anterior la el valor de la resistencia
a la compresión a los 28 dias del 8% de cal, es el valor más alto de todos
los materiales estabilizantes.
174
En cambio como se puede apreciar en el siguiente gráfico, la resistencia a
la compresión de todos los materiales estabilizantes, que reaccionan con el
suelo limo orgánico arenoso, son similares.
Figura 4.59: Gráfica de los valores de Resistencia a la Compresión a los 14
días para cada uno de los Productos estabilizantes
4.8.3. Absorción Capilar de las Mezclas
Figura 4.60: Gráfica de Ascenso Capilar para cada uno de los Productos
estabilizantes en función al tiempo
175
Como se pudo observar en el gráfico anterior el estabilizar con órgano
silanos, es la opción más adecuada, ya que éste material tiene la
característica de que le vuelve al suelo completamente impermeable, se
podría decir que con éste producto se ha solucionado el problema de todo
constructor que es el agua.
Figura 4.61: Gráfica de Incremento de Humedad para cada uno de los
Productos estabilizantes en función al tiempo
176
CAPITULO V
DISEÑO DEL MICROPAVIMENTO
La metodología aplicada para este diseño esta referenciada en la especificación
TB-100 de la ISSA (International SlurrySurfacing).
Los resultados obtenidos han sido comparados con las especificaciones dadas
por MOP 001 F-2002 e ISSA A-145, en cada una de las secciones
correspondientes.
5.1. TRABAJOS DE LABORATORIO
Los ensayos y pruebas realizadas a los materiales como al mortero (agregado
+ emulsión) son los siguientes:
Ensayo de Equivalente de arena (ASTM D-2419)
Ensayo de absorción de azul de metileno (ISSA TB -145)
Ensayo de granulometría de agregados (ASTM C-136 – ASTM C-117)
Porcentaje Teórico de Emulsión (ISSA TB-118)
Ensayo de tiempo de mezclado (ISSA TB-102)
Ensayo de consistencia (ISSA TB-106)
Ensayo de cohesión (ISSA TB-139)
Ensayo de abrasión en húmedo (ISSA TB-100)
Ensayo de rueda cargada (ISSA TB-109)
177
5.2. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS
Figura 5.1: Agregado de la Mina de Pintag
Ensayo de equivalente de arena: (ASTM D-2419)
MUESTRA H(Altura original de la arena antes de introducir el
pistón)
h (Altura original de la arena después de
introducir el pistón)
EQUIVALENTE DE ARENA (%)
1 5,1 3,1 60,78%
2 5 3,1 62,00%
PROMEDIO: 61,4%
Se pudo observar que el agregado de Pintag, con el que se va a
realizar el micropavimento, tiene 61.4% de arena, por lo tanto es
admisible.
178
Figura 5.2: Ensayo de Equivalente de Arena
Absorción de Azul de metileno: 6.5 ml – g (ISSA TB -145)
Figura 5.3: Ensayo de Azul de Metileno
El agregado es reactivo con 6.5ml de azul de metileno, por lo tanto el agregado
de la mina de Pintag si cumple con la norma ISSA T-145, ya que ésta dice que
el azul de metileno debe ser menor de 10 mg/g.
179
Granulometría: (ASTM C-136) (TIPO III)
Para éste ensayo se realiza con los siguientes tamices:
abertura retiene acumulado Pasa Especificaciones ISSA TIPO III
TAMIZ (mm) (gr) (%) (%) min max
3/8 9,50 1,565 0,13 99,87 100 100
N4 4,75 198,63 16,32 83,68 70 90
N8 2,36 486,415 39,95 60,05 45 70
N 16 1,18 679,085 55,78 44,22 28 50
N30 0,60 817,69 67,16 32,84 19 34
N50 0,30 932,28 76,58 23,42 12 25
N100 0,15 1028,98 84,52 15,48 7 18
N200 0,075 1106,465 90,88 9,12 5 15
1217,455 100,00 0,00
Figura 5.4: Gráfica granulométrica para MicroPavimento de Tipo III
Como se pudo observar en la gráfica anterior, la granulometría del agregado de
la mina de pintag, calificó en las especificaciones ISSA de tipo III.
180
5.3. LIGANTE ASFALTICO
El ligante asfáltico que se utilizó para el diseño del micropavimento, es de ruptura
lenta, de Tipo CSS-1H-P.
Figura 5.5: Emulsión Asfáltica de Tipo CSS-1H-P
5.3.1. Emulsión Asfáltica CSS-1H-P
La emulsión utilizada para la fabricación de Micro-pavimento es del tipo
catiónica de ruptura lenta modificada con polímero (CSS-1H-P), cuya
fórmula maestra se presenta a continuación:
FORMULA MAESTRA
COMPONENTE PORCENTAJE
Asfalto AC-20 62,00%
Emulsión 1,20%
Promotor de adherencia (0,1% sobre el asfalto)
0,062%
Plastificante (1% sobre el asfalto) 6,20%
Ácido 0,20%
Polímero (3% sobre el asfalto) 1,86%
Agua 28,48%
TOTAL 100,00%
181
Obteniendo así los siguientes resultados de laboratorio:
Ensayo Resultado Especificación
Asfalto Residual (%) 62 62
Viscosidad Saybolt Furol
@25˚C (seg)
33 20 - 100
Penetración en el Residuo
(1/10mm)
65 40 -90
Reblandecimiento ˚C 58
5.4. FORMULACIONES DE TRABAJO
La metodología utilizada para el porcentaje óptimo de emulsión asfáltica en la
mezcla, es la Metodología ISSA118.
Porcentaje Teórico de Emulsión: (ISSA TB-118)
Espesor promedio capa de Mortero Asfáltico= 5,0 mm
Peso Específico del Asfalto = 1,02 gr/cm3
Porcentaje de asfalto residual de la Emulsión= 62,00 %
Coeficiente de Conversión de Unidades 0,02047
%L= S.T.A.* t * (0,02047)*(D.B.)= 8,77 %
% E= (%L*100)/%A.R.= 14,15 % de emulsión
Donde:
182
% L= Contenido de Asfalto Residual sobre el peso del agregado
S.T.A.= Superficie Teórica del Agregado
t = Espesor de la película del mortero asfáltico
0,02047= Coeficiente de conversión de unidades
D.B.= Peso específico del Asfalto
% E= Porcentaje Teórico de Emulsión a aplicar en el Mortero Asfáltico
A.R.= Porcentaje de asfalto residual de la emulsión a utilizar
5.5. Tiempo de Mezclado: (ISSA TB-102)
Agregado (%)
Aditivo (%)
Agua (%)
Emulsión (%)
Tiemp. Mezcla (seg.)
Obsevaciones
100 …. 7 14,1 40 No Cumple
100 …. 8 14,1 >120 Mezcla homogénea
100 …. 9 14,1 >120 Mezcla homogénea
100 …. 9 14,1 >120 Mezcla homogénea
5.6. Ensayo de consistencia (ISSA TB-106)
183
Figura 5.6: Ensayo de Consistencia de la Mezcla Asfáltica
Figura 5.7: Gráfica para la determinación del Porcentaje Óptimo de
Agua en función al Flujo del Cono
El porcentaje óptimo de agua, según el ensayo fue de 9%.
5.7. Ensayo de cohesión (ISSA TB-139)
Figura 5.8: Ensayo de Cohesión al Micropavimento
184
Figura 5.9: Muestras ensayadas por Cohesión de Micropavimento a los 30
minutos
Figura 5.10: Muestras ensayadas por Cohesión de Micropavimento a los
60 minutos
185
Figura 5.11: Muestras ensayadas por Cohesión de Micropavimento a los
120 minutos
Figura 5.12: Características de Curado en Función a la Cohesión que
tiene el Micropavimento
186
El ensayo se realizó chequeando el torque y resistencia de la mezcla que
tiene a los 30, 60, 90 y 120 minutos, y apuntando los valores del torque obtenidos
en cada uno.
Como se puede apreciar el torque a los 120 minutos de la mezcla de
emulsión asfáltica con el agregado trurado (1/8”) de la mina de Pintag, obtuvo
24Kg.cm, a una presión de 200KPa, y según la norma ISSA, dice que la apertura
del tráfico es a los 20Kg.cm, por lo tanto según el diseño se podría realizar la
apertura al tráfico a los 90 minutos. Por lo tanto tiene un curado bastante rápido,
ya que esto es beneficioso para cualquier contratista.
5.8. Porcentaje óptimo de emulsión
(Ensayo de Abrasión en Húmedo WTA)
Figura 5.13: Moldes de Micropavimento para el Ensayo de Abrasión
187
Figura 5.14: Ensayo de Abrasión en Húmedo del Micropavimento
(Ensayo de Rueda Cargada LWT)
Figura 5.15: Ensayo de Rueda Cargada para Micropavimento
188
Figura 5.16: Moldes después del Ensayo de Rueda Cargada
Figura 5.17: Gráfica para la Determinación del Contenido de Asfalto en
Función a la Pérdida por abrasión e Incremento de Rueda Cargada
189
Porcentaje óptimo de emulsión 14.15%
Tabla 5.1: Cuadro de la Fórmula Maestra para el Micropavimento
Fórmula de trabajo para Micro-pavimento Tipo III Mix
Agregado Mina Pintag 100%
Sol. Al2(SO4)3 0 %
Agua 12%
CSS-1H-P (62% Asfalto Residual+3% polímero)
14.15%
Resultados de pruebas de desempeño Tiempo de mezcla @ 20 °C (seg) >120
Consistencia – Flujo (cm) 2.5
Cohesión 30 min (kg-cm) 13
Cohesión 60 min (kg-cm) 18
Cohesión 90 min (kg-cm) 20
Cohesión 120 min (kg-cm) 24
Abrasión en húmedo (saturación - 1hora ) g/m2
149.69
Rueda cargada (exceso de asfalto) g/m2 196.92
Los resultados del diseño son satisfactorios por lo tanto el micropavimento se
elabora con el agregado de la mina de Pintag.
190
CAPITULO VI
ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA INVESTIGACIÓN
El análisis económico que se realizará, será de cuánto cuesta un kilómetro de
Micropavimento realizando una estabilización con 4 opciones de materiales
estabilizantes para el suelo de tipo limo orgánico arenoso, de los cuales se
escogerá la opción más ventajosa en el ámbito económico ofreciendo calidad,
y garantizando un vida útil larga para el micropavimento de la vía de tercer
orden.
Los parámetros a seguir serán los siguientes:
6.1. DATOS GENERALES DE LA VÍA
Vía de tercer orden para un tráfico pequeño.
Longitud de la Vía = 1000m
Ancho de la Vía = 10m
Espesor a Estabilizar = 40cm
6.2. COSTOS DE LOS MATERIALES ESTABILIZANTES
MATERIAL ESTABILIZANTE
UNIDAD PRECIO (USD)
CAL Kg 0.07
CEMENTO Kg 0.14
EMULSIÓN ASFÁLTICA
Kg 0.38
ORGANO SILANOS Kg 17.00
191
6.3. DOSIFICACIÓN ÓPTIMA DE CADA MATERIAL ESTABILIZANTE
MATERIAL ESTABILIZANTE UNIDAD VALOR ÓPTIMO
CAL % 8
CEMENTO % 4
EMULSIÓN ASFÁLTICA % 3
ORGANO SILANOS % 0.1
6.4. COSTO DE ESTABILIZACIÓN DEL PROYECTO
6.4.1. PRECIOS UNITARIOS DE ESTABILIZACIÓN
6.4.1.1. ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA
ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
RUBRO: Estabilización de Suelos con Cemento Espesor = 0.40m
UNIDAD: m3
DETALLE:
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD
TARIFA COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Motoniveladora de 150 HP
1 45 45 0.0522 2.349
Rodillo Liso Tandem de 125 HP
1 30 30 0.0522 1.567
Tanquero de Agua de 2000 Galones
1 12 12 0.0522 0.626
Herramienta Manual 1 0.2 0.2 0.0522 0.010
SUBTOTAL M 9.771
Siguiente →
192
MANO DE OBRA
DESCRIPCION
CANTIDAD
JORNAL/HORA
COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Chofer Profesional Licencia Tipo E
1 4.16 4.16 0.0522 0.217
Operador de Motoniveladora (Est. Ocup. E1) Grupo I
1 3.02 3.02 0.0522 0.157
Operador de Rodillo Autopropulsado (Est. Ocup. C2) Grupo II
1 2.94 2.94 0.0522 0.153
Ayudante de Maquinaria (Est. Ocup. C3) Sin Titulo
1 2.86 2.86 0.0522 0.149
Peon (Est. Ocup. E2)
1 2.78 2.78 0.0522 0.145
SUBTOTAL N 0.980
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD
PRECIO UNITARIO
COSTO
A B C=A*B
Cemento Portland Tipo I Kg 56 0.14 7.84
SUBTOTAL O 7.84
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) 18.59
INDIRECTOS Y UTILIDADES % 20.00% 3.71
OTROS INDIRECTOS % 0.00
COSTO TOTAL DEL RUBRO 22.31
VALOR OFERTADO 22.31
193
6.4.1.2. ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA
ESTABILIZACIÓN CON CAL
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
RUBRO: Estabilización de Suelos con Cal Espesor = 0.40m
UNIDAD: m3
DETALLE:
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD
TARIFA COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Motoniveladora de 150 HP
1 45 45 0.0522 2.349
Rodillo Liso Tandem de 125 HP
1 30 30 0.0522 1.566
Tanquero de Agua de 2000 Galones
1 12 12 0.0522 0.6264
Herramienta Manual 1 0.2 0.2 0.0522 0.0104
SUBTOTAL M 9.7718
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD
JORNAL/HORA
COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Chofer Profesional Licencia Tipo E
1 4.16 4.16 0.0522 0.21715
Operador de Motoniveladora (Est. Ocup. E1) Grupo I
1 3.02 3.02 0.0522 0.15764
Operador de Rodillo Autopropulsado (Est. Ocup. C2) Grupo II
1 2.94 2.94 0.0522 0.15347
Ayudante de Maquinaria (Est. Ocup. C3) Sin Titulo
1 2.86 2.86 0.0522 0.14929
Peon (Est. Ocup. E2) 1 2.78 2.78 0.0522 0.14512
SUBTOTAL N 0.98031
194
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNITARIO COSTO
A B C=A*B
Cal Hidratada Kg 112 0.07 7.84
SUBTOTAL O 7.84
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O) 18.59211
INDIRECTOS Y UTILIDADES % 20.00% 3.718422
OTROS INDIRECTOS % 0.00
COSTO TOTAL DEL RUBRO 22.31
VALOR OFERTADO 22.31
6.4.1.3. ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA
ESTABILIZACIÓN CON EMULSIÓN ASFÁLTICA
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
RUBRO: Estabilización de Suelos con Emulsión Asfáltica Espesor = 0.40m
UNIDAD: m3
DETALLE:
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD
TARIFA
COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Motoniveladora de 150 HP
1 45 45 0.0522 2.349
Rodillo Liso Tandem de 125 HP
1 30 30 0.0522 1.566
Tanquero de Agua de 2000 Galones
1 12 12 0.0522 0.626
Camión Cisterna de Emulsión Asfáltica
1 32 32 0.0522 1.670
Herramienta Manual
1 0.2 0.2 0.0522 0.010
SUBTOTAL M 9.771
195
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD
JORNAL/HORA
COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Chofer Profesional Licencia Tipo E
2 4.16 8.32 0.0522 0.434
Operador de Motoniveladora (Est. Ocup. E1) Grupo I
1 3.02 3.02 0.0522 0.158
Operador de Rodillo Autopropulsado (Est. Ocup. C2) Grupo II
1 2.94 2.94 0.0522 0.153
Ayudante de Maquinaria (Est. Ocup. C3) Sin Titulo
1 2.86 2.86 0.0522 0.149
Peon (Est. Ocup. E2) 1 2.78 2.78 0.0522 0.145
SUBTOTAL N 0.98031
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD
PRECIO UNITARI
O
COSTO
A B C=A*B
Emulsión Asfáltica CSS-1h Kg 42 0.38 15.96
SUBTOTAL O 15.96
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O) 26.712
INDIRECTOS Y UTILIDADES % 20.00% 5.342
OTROS INDIRECTOS % 0.00
COSTO TOTAL DEL RUBRO 32.05
VALOR OFERTADO 32.05
196
6.4.1.4. ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS PARA
ESTABILIZACIÓN CON ORGANO - SILANOS
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
RUBRO: Estabilización de Suelos con Organo-Silanos Espesor = 0.40m
UNIDAD: m3
DETALLE:
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD
TARIFA COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Motoniveladora de 150 HP
1 45 45 0.0522 2.349
Rodillo Liso Tandem de 125 HP
1 30 30 0.0522 1.566
Tanquero de Agua de 2000 Galones
1 12 12 0.0522 0.6264
Camión Cisterna de Emulsión Asfáltica
1 32 32 0.0522 1.6704
Herramienta Manual
1 0.2 0.2 0.0522 0.01044
SUBTOTAL M 9.7718
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD
JORNAL/HORA
COSTO HORA
RENDIMIENTO
COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Chofer Profesional Licencia Tipo E
2 4.16 8.32 0.0522 0.434
Operador de Motoniveladora (Est. Ocup. E1) Grupo I
1 3.02 3.02 0.0522 0.158
Operador de Rodillo Autopropulsado (Est. Ocup. C2) Grupo II
1 2.94 2.94 0.0522 0.153
Ayudante de Maquinaria (Est. Ocup. C3) Sin Titulo
1 2.86 2.86 0.0522 0.149
Peon (Est. Ocup. E2) 1 2.78 2.78 0.0522 0.145
SUBTOTAL N 0.980
197
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD
PRECIO UNITARI
O
COSTO
A B C=A*B
Organo-Silanos Kg 1 17 17
SUBTOTAL O 17
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O)
27.752
INDIRECTOS Y UTILIDADES %
20.00% 5.550
OTROS INDIRECTOS %
0.00
COSTO TOTAL DEL RUBRO
33.30
VALOR OFERTADO 33.30
En la siguiente tabla se realizará el cálculo de los precios de cada uno de
los materiales estabilizantes para 1Km de vía:
MATERIAL ESTABILIZANTE
Porcentaje Precio
Unitario VOLUMEN
Costo Total
(%) (USD) (m3) (USD/Km)
CAL 8 22.31 4000 89240
CEMENTO 4 22.31 4000 89240
EMULSIÓN ASFÁLTICA
3 32.05 4000 128200
ORGANO SILANOS 0.1 33.30 4000 133200
Como se puede apreciar en el cuadro anterior, el realizar la obra con Organo
Silanos, es demasiado costosa pero se obtiene la impermeabilidad en el
suelo, factor el cual puede hacer que dure mucho más la estructura del
micropavimento, pero en cambio con cal y cemento es menos costoso, pero
198
la desventaja es que el suelo se mantiene permeable y puede tener menor
vida útil que con Organo – silanos.
6.5. COSTO DEL PROYECTO CON MICROPAVIMENTO
Costo del metro cuadrado de Micropavimento = 2.50 dólares americanos
Si se tiene un kilómetro de vía en la cual existe un área de 10000 m2.
MATERIAL ESTABILIZANTE
Porcentaje Precio
Unitario Area a de Vía
Costo Estabilizado
Costo Estabilizado y con Capa
de Rodadura
(%) (USD) (m2) (USD) (USD/Km)
CAL 8 22.31 10000 89240 114240
CEMENTO 4 22.31 10000 89240 114240
EMULSIÓN ASFÁLTICA
3 32.05 10000 128200 153200
ORGANO SILANOS
0.1 33.30 10000 133200 158200
Como se pudo observar en la tabla anterior, en cada uno de los valores de
estabilización de cada uno de los materiales estabilizantes, aumentó 25000
dólares, valor perteneciente a la construcción del micropavimento, de todo el
tramo analizado (1Km).
199
CAPITULO VII
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1. ANTECEDENTES
Los porcentajes óptimos para cada uno de los materiales estabilizantes
fueron:
o Cal 8%
o Cemento 4%
o Emulsión Asfáltica 3%
o Organo Silanos 0.1%
Por lo tanto el menor porcentaje es 0.1% y es para la
estabilización con órganosilanos, pero es más costosa que
los demás productos estabilizantes, en cambio con Cal es
un mayor porcentaje pero es menos costoso.
Para elevar el porcentaje de CBR, una excelente opción es la cal, ya que
como estos suelos son orgánicos, la cal reacciona perfectamente,
produciendo un incremento de más del 100% en el CBR.
El cemento es un material estabilizante que da estabilidad, pero es menor
al valor del CBR de la cal.
La emulsión asfáltica no es recomendable para estabilizar estos suelos,
ya que no reacciona adecuadamente con los suelos, y por lo tanto no
existe mayor variación con respecto al valor del suelo en estado natural.
La estabilización con Órgano-Silanos es bastante ventajosa ya que éste
producto, le impermeabiliza totalmente al suelo, tanto al limo arenoso
como al limo orgánico arenoso.
200
Los porcentajes que se indican para la mezcla están en función al peso
seco del agregado.
Después de realizar el ensayo de granulometría al material pétreo y de
acuerdo a su gradación, los agregados cumplen con las especificaciones
para el siguiente tipo de Micro-pavimento.
o El agregado de la Mina Pintag para Micro-pavimento TIPO III
7.2. CONCLUSIONES
Las mejores opciones de estabilización fueron con Cal y Cemento, por su
capacidad portante y por lo económico, pero para obtener una excelente
estabilización, con muchas ventajas, se podría realizar una estabilización
mixta, podría ser órgano-silanos con cemento, u órgano-silanos con cal,
de ésta manera se tendría porcentajes más bajos, sea de cemento o cal,
y también se reduciría el porcentaje de dosificación de los órgano-silanos.
Llegando al punto de abaratar costos, obteniendo resultados de
estabilización muy buenos, (CBR alto y un suelo totalmente
impermeable).
El tiempo de rotura de las mezclas en laboratorio es de 30 minutos y se
obtiene cohesión necesaria para la apertura al tráfico en cada una de las
mezclas a partir de los 80 minutos de fabricada. En campo se deberá
verificar de acuerdo a las condiciones ambientales y meteorológicas,
considerando que este diseño se realizó en las instalaciones de Calacalí,
que se encuentra a 3000 msnm y temperaturas entre 18 y 20ºC.
201
7.3. RECOMENDACIONES
Para realizar el muestreo en campo, siempre hay que tomar en cuenta la
metodología que se encuentra en las normas, ya que existen factores
muy importantes como son la humedad natural del suelo, en el caso de
una estabilización.
Nunca dejarse engañar de un valor alto en la parte de estabilización ya
que para estos casos, siempre se debe tener la vida útil que ofrece cada
material estabilizante.
El presente diseño ha sido realizado con agregados adquiridos
directamente en la mina, realizando un muestreo y transporte del mismo
acorde con los procedimientos normados para este tipo de trabajos.
Los resultados y fórmula de trabajo presentados en esta investigación,
han sido obtenidos en condiciones controladas de laboratorio, debiendo
ratificarse o rectificarse los resultados a obtenerse en condiciones reales
de trabajo cuando se lo realiza en campo.
Durante el proceso constructivo se deberán realizar por cada entrega de
material, muestreos y ensayos de los materiales utilizados para ratificar
que se cumplan los requerimientos de calidad dados en las
especificaciones.
Es necesario que la Humedad de los agregados, granulometría,
plasticidad y valores de equivalente de arena sean controlados al menos
al inicio de cada jornada y por cada entrega de material, llevando un
registro estadístico, detallado los resultados para mantener un historial,
que permita tomar decisiones, en caso de requerirse alguna modificación
202
tanto a la estabilización como al diseño del micropavimento.
En caso de existir variaciones en las características del material se
deberá rediseñar la mezcla de micropavimento.
Los agregados deberán estar protegidos de la Humedad, agregados con
exceso de Humedad afectan el comportamiento de la mezcla.
El agua a ser utilizada en el diseño, deberá estar pura y limpia de
cualquier tipo de contaminación orgánica o química, de lo contrario se
podría utilizar un filtro de grava, el cual purificará al menos en un 80% el
agua.
No se deben realizar trabajos en caso de Humedad excesiva o posibilidad
de lluvias. La Humedad ambiental afecta notablemente las características
del suelo como de la mezcla asfáltica, por lo que, para la aplicación de
ésta metodología en campo, se deberá llevar un registro detallado de la
variación de las condiciones ambientales que permitan mantener un
historial en caso de requerirse alguna modificación al diseño tanto del
micropavimento como de la estabilización del suelo en estudio.
203
BIBLIOGRAFÍA
ASEFMA. (s.f.). Construpedia. Obtenido de
http://www.construmatica.com/construpedia/Tipos_de_Asfalto
Butterworth, E. (1981). Silicon in Organic Synthesis Colvin.
Das, B. M. (1999). Principles of Foundation Engineering . California:
Thomson Learning.
ISSA, A. (2010). Norma para la construcción de Micropavimentos.
toxement. (2003). http://www.toxement.com.co/pdfs/Emulsion_Asfaltica.pdf.
Wong, M. (1995). http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_civil/asfalto/.